O engenheiro chefe de uma universidade que está construindo um grande número de novos dormitórios para os estudantes decide instalar um trocador de calor bitubular de tubos concêntricos, operando em contracorrente, na tubulação de cada chuveiro nos dormitórios. As tubulações de cobre têm parede delgada e um diâmetro . Água para descarte vinda dos chuveiros entra nos trocadores de calor a, enquanto a água para uso entra nos dormitórios a . A água de descarte escoa para baixo na parede vertical interna da tubulação em um fino filme descendente, fornecendo um .

(a) Se o espaço anular tem , o comprimento do trocador de calor é e a vazão de água para uso é , determine a taxa de transferência de calor e a temperatura de saída da água morna para uso.

(b) Se uma mola helicoidal for instalada no espaço anular de modo que a água para uso seja forçada a seguir uma trajetória em espiral de sua entrada até sua saída, resultando em um, determine a taxa de transferência de calor e a temperatura de saída da água para uso.

(c) Com base no resultado da parte (b), calcule a economia diária se estudantes tomarem, cada um, um banho de por dia e o custo de aquecimento da água for de .

(a)

Vamos lá! Vamos usar os dados da tabela A-6 (anexo do Incropera) para água a , vamos começar calculando o coeficiente de calor para a água fria, mas antes temos que avaliar o seu escoamento, assim temos:

Para e :

Temos que o escoamento é laminar, da tabela , calculando nosso coeficiente convectivo temos:

Assim temos que o coeficiente global é:

Calculando o coeficiente calorifico temos:

Da relação temos:

Da equação temos:

Calculando a taxa de calor do processo temos:

Agora calculando a temperatura de saída da água quente utilizável temos:

(b)

Mudando nosso por temos:

Repetindo o passo temos:

(c)

A economia gerada pelo novo sistema é dada por:

Onde o número de banhos e é o custo por tempo do uso de energia, substituindo.

Olha uma economia de quase de dólares por dia é algo incrível!

Terminamos mais essa galera!