Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 64
Um trocador de calor bitubular utiliza água, disponível a , para resfriar etilenoglicol de para . As vazões da água e do etilenoglicol são de cada uma. Quais são a taxa de transferência de calor máxima possível e a efetividade do trocador de calor? Qual o modo de operação preferível, escoamento em paralelo ou escoamento em contracorrente?
Passo 1
Começamos o problema obtendo os calores específicos para o etilenoglicol e para água sob suas temperaturas médias:
Para o etilenoglicol – Tabela :
Para a água – Tabela :
Passo 2
Aplicando um balanço de energia:
Expandindo:
Calculando a taxa de transferência de calor:
Dados:
;
;
.
Temos:
Com a taxa de transferência de calor, calculamos a temperatura de saída da água fria:
Dados:
;
.
Temos:
Passo 3
Calcularemos a capacidade térmica do fluído quente e do fluído frio:
Substituindo os dados:
Assim, temos que:
Desse modo, a razão das capacidades térmicas é dada por:
Calculando a taxa de transferência de calor máxima possível:
Passo 4
Calculando a efetividade do trocador de calor:
Passo 5
Sendo a temperatura de saída do fluido frio menor que a temperatura de saída do fluido quente , ou seja, , é possível o modo de operação seja paralelo.
Pela Figura 11.10 e 11.11, com e , obtemos:
Como é dado por:
Então, como e são constantes:
Obtemos assim:
Devido à redução na exigência de tamanho e que leva à redução nos custos de manutenção, o escoamento em contracorrente é preferível.