Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 93
Um trocador de calor de escoamento cruzado ar-água com eficiência de é utilizado para aquecer água com ar quente . A água entra no trocador de calor a , a uma taxa de , enquanto o ar entra a a uma taxa de . Considerando que o coeficiente global de transferência de calor baseado no lado da água é , determine a área da superfície de transferência de calor do trocador de calor no lado da água. Considere ambos os fluidos sem mistura.
Resposta:
Passo 1
Dados fornecidos:
Eficiência do trocador de calor de escoamento cruzado:
Calor específico do ar quente:
Vazão mássica de ar quente:
Temperatura de entrada do ar quente:
Calor específico da água:
Vazão mássica da água:
Temperatura de entrada da água:
Coeficiente global de transferência de calor:
Premissas:
1) Existem condições operacionais estáveis.
2) O trocador de calor é bem isolado, de modo que a perda de calor para o ambiente é insignificante e, portanto, a transferência de calor do fluido quente é igual à transferência de calor para o fluido frio.
3) Alterações nas energias cinética e potencial das correntes de fluido são desprezíveis.
4) O coeficiente global de transferência de calor é constante e uniforme.
Passo 2
Para resolver essa questão, temos que calcular as taxas de capacidade térmica dos fluidos quente e frio. Para o fluido quente (ar), temos:
Para o fluido frio (água), temos:
Portanto, a menor das duas taxas de capacidade térmica é:
Temos também que a relação das taxas de capacidade é a seguinte:
Passo 3
Ao analisarmos a figura 11-26(e) podemos encontrar o para o trocador de calor de escoamento cruzado com ambos os fluidos sem mistura.
Para e , temos que o é:
Temos então, que a área da superfície desse trocador de calor é encontrada a partir da relação para o . Assim temos:
Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:
Portanto, a área da superfície de transferência de calor para o trocador de calor no lado da água é: