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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 09

Um trocador de calor de escoamento cruzado e tubos aletados deve usar o gás de exaustão de uma turbina a gás para aquecer água pressurizada. Medidas em laboratório são efetuadas em uma versão protótipo do trocador, que tem área superficial de 10 m2 , para determinar o coeficiente global de transferência de calor como uma função das condições operacionais. Medidas efetuadas sob condições particulares, nas quais mq = 2 kg/s, Tq,ent = 325°C, mf = 0,5 kg/s e Tf,ent = 25°C, revelam uma temperatura de saída da água de Tf,sai = 150°C. Qual é o valor do coeficiente global de transferência de calor no trocador?

Passo 1

Fala aí! Nosso enunciado pede o valor do coeficiente global de transferência de calor...

Vamos achar ele usando essa equação aqui, olha só:

U = C m i n   .   N T U A

Temos que achar o que está faltando aí! Mas antes precisamos de uns dados adicionais que estão no apêndice do livro, tabela A-6, com T _ m = T f ,   s a i + T f ,   e n t 2 ≈ 87 ° C :

c p ,   á g u a = 4203   J / k g   .   K

E na tabela A-4, com T m ≈ 275 ° C :

c _ p ,   á g u a = 1040   J / k g   .   K

Passo 2

Vamos agora descobrir a efetividade, usando essa relação aqui:

q = ε   .   C m i n   .   T q ,   e n t - T f ,   e n t

ε = q C m i n   .   T q ,   e n t - T f ,   e n t

E sendo q = C f   .   T f ,   s a i - T f ,   e n t , temos:

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

Precisamos então encontrar os valores de C m i n e de C c :

C m i n = C q = m q   .   c p ,   q C f = m f   .   c p ,   f

C m i n = 2   .   1040 C f = 0,5   .   4203

C m i n = 2080   W / K C f = 2102   W / K

Opa! Nossa efetividade então ficará:

ε = 2102   .   150 - 25 2080   .   325 - 25

ε = 0,421

Passo 3

Beleza! Com a efetividade vamos encontrar o valor de NUT, visitando a figura 11.14 do livro e encontraremos um:

N U T ≈ 0,81

E agora sim usaremos a equação que precisamos resolver:

U = 2080   .   0,81 10

U = 168   W / m ²   .   K

Show! Conseguimos!

Resposta

U = 168   W / m ²   .   K

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