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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 8º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 62

Gases quentes de exaustão são utilizados em um trocador de calor casco e tubos para aquecer 3,0   k g / s de água de 3 0 a 90 ° C . Os gases, que podem ser considerados como portadores das propriedades do ar, entram no trocador a 2 1 0 ° C e o deixam a 105 ° C . O coeficiente global de transferência de calor é de 1 75   W / ( m 2 · K ) . Usando o método da efetividade ( ε – N U T ) , calcule a área do trocador de calor.

Passo 1

Opa, tudo bem?

Vem comigo resolver essa questão!

Fica de olho!

Começamos o nosso problema calculando a temperatura média da água e obtendo seu calor específico através da Tabela A.6:

T m = 30 + 90 2 = 60 ° C 333   K

Obtemos:

c p = 4185   J / k g ⋅ K

Bora para os cálculos!

Passo 2

Devemos calcular a área do trocador de calor.

Mas, antes disso, devemos obter C r , e para isso devemos calcular C f e C q :

C f = m ˙ f c p = 3,0 ⋅ 4185 = 12555   W / K

C q = C f T f , s a i - T f , e n t T q , e n t - T q , s a i = 12555 ⋅ 90 - 30 210 - 105 = 7174   W / K

Assim:

C r = C q C f = 7174 12555 = 0,571

Passo 3

Calculando a efetividade:

ε = q q m á x = C q T q , e n t - T q , s a i C q T q , e n t - T f , e n t = T q , e n t - T q , s a i T q , e n t - T f , e n t

ε = 210 - 105 210 - 30

ε = 0,583

Calculando N T U para um trocador de casco único com 2, 4, ... passos por tubo:

N T U = - 1 - C r 2 1 2 ln ⁡ E - 1 E + 1

Com:

E = 2 ε - 1 - C r 1 + C r 2 1 2

Substituindo os valores:

E = 2 0,583 - 1 - 0,571 1 + 0,571 2 1 2

E = 2,61

Assim:

N T U = - 1 - 0,571 2 1 2 ⋅ ln ⁡ 2,61 - 1 2,61 + 1

N T U = 0,93

Passo 4

Finalmente podemos calcular a nossa área desejada!

N T U = U A C m í n = U A C q

0,93 = 175 ⋅ A 7174

A = 38,12   m 2

E finalizamos a nossa questão!

Até a próxima!

Resposta

A = 38,12   m 2

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