Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 83
Em cirurgias com coração aberto sob condições hipotérmicas, o sangue do paciente é resfriado antes da cirurgia e reaquecido após a mesma. Propõe-se para este fim a utilização de um trocador de calor bitubular em contracorrente com de comprimento. O tubo interno tem parede delgada e um diâmetro de . O calor específico do sangue é de
Se água a e é usada para aquecer o sangue que entra no trocador a e , qual é a temperatura do sangue ao deixar o trocador de calor? O coeficiente global de transferência de calor é de
O cirurgião pode desejar controlar a taxa de transferência de calor e a temperatura de saída do sangue com a alteração da vazão e/ou da temperatura de entrada da água durante o processo de reaquecimento. Para auxiliar o desenvolvimento de um controlador apropriado para os valores especificados de e , calcule e represente graficamente e como funções de para e valores de , e . Como a influência dominante sobre o coeficiente global de transferência de calor está associada às condições do escoamento do sangue, o valor de pode ser considerado constante, permanecendo nos . Devem algumas condições de operação ser excluídas?
Passo 1
Temos aqui um problema de trocador de calor bitubular em contracorrente , onde o tubo interno tem parede delgada.
Do enunciado dos problemas temos alguns dados, onde conseguimos realizar um esboço:
Para prosseguir com a resolução iremos precisar do calor especifico para a água, portanto iremos precisar determinar a temperatura média.
Porém nós não temos a temperatura de saída da água. Logo iremos estimar uma temperatura média de , para podemos entrar na tabela...
Da tabela A-6 (Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa - 7°Ed.):
Passo 2
Bom, da questão , é pedido para determinarmos qual é a temperatura do sangue ao deixar o trocador de calor.
Note que o exercício nos fornece praticamente todos os dados, inclusive o coeficiente de transferência de calor global, o que irá nos ajudar muito a resolver pelo método .
Passo 3
Para prosseguirmos com a resolução, devemos determinar . Portanto:
Logo, temos que .
Passo 4
Voltando para nossa equação...
Para escoamento contracorrente, para ...
Passo 5
Muito bem!!
Agora basta substituirmos nossos valores na equação da taxa de transferência de calor, que pode ser expressa como sendo:
Da equação 11.7...
Resposta
A temperatura do sangue ao deixar o trocador de calor é: