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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 14

Um trocador de calor casco e tubos (dois passes no casco e quatro passes nos tubos) é usado para aquecer 10.000 kg/h de água pressurizada de 35 a 120°C, utilizando 5000 kg/h de água pressurizada que entra no trocador a 300°C. Sendo o coeficiente global de transferência de calor igual a 1500 W/(m2 · K), determine a área de transferência de calor requerida.

Passo 1

Fala aí! Nosso enunciado pede pra gente a área de transferência de calor…

Pra isso vamos precisar ir lá no apêndice do livro, na tabela A-6, considerando uma temperatura T _ c = 350   K , e buscar dados adicionais:

c p = 4195   J / k g . K

E com uma temperatura T _ h ≈ 500   K

c p = 4660   J / k g . K

Vamos lá!

Passo 2

Precisamos achar alguns fatores que vamos precisar para chegar no nosso resultado.

Vamos começar com:

q = m c   .   c p ,   c   .   T c ,   o - T c ,   i

q = 10000 3600   .   4195   .   120 - 35

q = 9,905   .   10 5   W

Encontrando mais alguns termos:

C c = C m a x = m c   .   c p ,   c C h = C m i n = m h   .   c p ,   h

C c = 10000 3600   .   4195 C h = 5000 3600   .   4660

C c = 11650   W / K C h = 6470   W / K

C r = C m i n C m a x = 6470 11650 = 0,555

Teremos então:

q m a x = C m i n   .   T h ,   i - T c ,   i

q m a x = 6470   .   300 - 35

q m a x = 1,75   .   10 6   W

E assim, ficamos com:

ε = q q m a x

ε = 9,905   .   10 5 1,75   .   10 6

ε = 0,577

Passo 3

Estamos quase lá! Considerando um n = 2 , vamos ter:

F = ε   .   C r - 1 ε - 1 1 / n

F = 0,577   .   0,555 - 1 0,577 - 1 1 / 2

F = 1,27

E agora teremos:

ε 1 = F - 1 F - C r

ε 1 = 1,27 - 1 1,27 - 0,555

ε 1 = 0,376

Agora sim estamos quase chegando no nosso resultado:

E = 2 ε 1 - 1 + C r 1 + C r ² 1 / 2

E = 2 0,376 - 1 + 0,555 1 + 0,555 ² 1 / 2

E = 3,29

Nosso N T U será então:

N T U =   - n   .   1 + C r ² - 1 / 2   .   l n E - 1 E + 1

N T U =   - 2   .   1 + 0,555 ² - 1 / 2   .   l n 3,29 - 1 3,29 + 1

N T U = 1,10

Tendo assim uma área de:

A = N T U   .   C m i n U

A = 1,10   .   6470 1500

A = 4,75   m ²

Show de bola! Conseguimos!

Resposta

A = 4,75   m ²

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