Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 79
Considere um trocador de calor bitubular caracterizado por um coeficiente global de transferência de calor uniforme e que opera sob as seguintes condições:
Qual é a taxa de transferência de calor máxima possível? Qual é a efetividade do trocador de calor? O trocador de calor pode ser operado em paralelo ou em contracorrente? Qual é a razão entre as áreas necessárias nestas duas condições de escoamento?
Passo 1
Muito bem galera, vamos começar entendendo o problema e coletar os dados disponíveis.
Temos aqui um exercício sobre um trocador de calor bitubular caracterizado por um coeficiente global de transferência de calor uniforme.
Além disso, o exercício traz os seguintes dados...
Dentro da transferência de calor, nos consideramos o Fluido frio na entrada do trocador de calor e Fluido quente na saída do mesmo.
Passo 2
Ao longo do enunciando temos alguns parâmetros que é pedido para determinarmos, sendo o primeiro deles a taxa de transferência de calor máxima possível.
Para encontrarmos esse parâmetro iremos precisar da equação expressa abaixo:
Note que a equação leva em consideração a troca térmica do fluido quente com o fluido frio, por isso utilizaremos a vazão na saída, ou seja, do fluido quente...
Passo 3
Feito isso, é pedido qual é a efetividade do trocador de calor.
Para determinarmos esse parâmetro, podemos utilizar então a equação da efetividade, que é um indicador para o seu desempenho térmico, ou seja...
Portanto...
Passo 4
Isso ai!!
Continuando na resolução do problema, é perguntado se o trocador de calor pode ser operado em paralelo ou em contracorrente.
Bom, pode-se operar o trocador de calor tanto sob condições CC (contracorrente) quanto sob condições CP (corrente paralela), porém o CC exigirá uma área de transferência de calor menor do que nas condições CP.
Além disso, é solicitado qual é a razão entre as áreas necessárias nestas duas condições de escoamento.
Passo 5
Para determinarmos a razão entre as áreas, podemos partir da equação:
O termo é conhecido como o Média Logarítmica da Diferença de Temperaturas.
Onde...
Passo 6
Prosseguindo com a resolução, devemos antes determinar a temperatura na saída do fluido quente, pois não temos esse dado...
Logo,
Portanto...
Resposta
A taxa de transferência de calor máxima possível é:
A efetividade do trocador de calor é:
O trocador de calor pode ser operado em paralelo ou em contracorrente? Qual é a razão entre as áreas necessárias nestas duas condições de escoamento?
Bom, pode-se operar o trocador de calor tanto sob condições CC (contra-corrente) quanto sob condições CP (corrente paralela), porém o CC exigirá uma área de transferência de calor menor do que nas condições CP.