Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 66
Um trocador de calor com escoamentos cruzados é formado por um feixe tubular com tubos em um duto com . Água quente, a e com uma velocidade média de , entra nos tubos, que têm diâmetros interno e externo de e . Ar atmosférico a entra no trocador a uma vazão volumétrica de . O coeficiente convectivo na superfície externa dos tubos é de . Estime as temperaturas de saída dos fluidos.
Passo 1
E ai galera, beleza?
Vamos começar a resolver mais um problema.
Então, vamos primeiro obter os dados necessários das tabelas presentes nos apêndices.
Calculamos a temperatura média do fluido frio supondo uma temperatura de saída de :
Com:
.
Temos:
Pela Tabela obtemos o calor específico do ar sob a temperatura de :
Novamente pela Tabela obtemos a densidade do ar sob a temperatura de saída de :
Agora, calculamos a temperatura média do quente frio supondo uma temperatura de saída de :
Com:
.
Temos:
Pela Tabela obtemos as seguintes propriedades da água sob a temperatura de :
Passo 2
Aqui, calcularemos dados que nos auxiliaram no decorrer do exercício.
Calculando a vazão mássica do fluido frio:
Com:
.
Temos:
Calculando a vazão mássica unitária do fluido quente:
Dados:
;
.
Temos:
Sabendo que o trocador é formado por 32 tubos, temos que sua vazão mássica total é:
Passo 3
Aplicando um balanço de energia:
Expandindo:
Calcularemos a capacidade térmica do fluído quente e do fluído frio:
Substituindo os dados:
Assim, temos que:
Passo 4
Calculando o número de Reynolds:
Calculando o número de Nusselt pela correlação Dittus-Boelter:
Como o número de Nusselt também pode ser expresso da seguinte maneira:
Calculamos o coeficiente de transferência de calor:
Passo 5
O coeficiente geral de transferência de calor, com exclusão da deposição, é dado por:
Com a resistência devido à condução da parede do tubo sendo desprezada, temos:
Dados:
;
.
Temos:
Passo 6
O número de unidades de transferência é expresso como:
Com:
.
Temos:
A razão das capacidades térmica é dada por:
Para um trocador de calor com escoamentos, a eficácia é dada por:
Substituindo os dados:
Passo 7
A efetividade do trocador de calor também pode ser expressa por:
Substituindo os dados:
Passo 8
Pela equação da taxa de transferência de calor, calculamos :