82 – Um trocador de calor de fluxo cruzado com ambos os fluidos não misturados tem coeficiente global de transferência de calor 200 W m 2 ⋅ K e área de superfície de transferência de calor de 400   m 2 . O fluido quente tem capacidade de calor de 40000   W / K , enquanto o fluido frio tem capacidade de calor de 80000   W / K . Considerando que as temperaturas de entrada dos fluidos quente e frio são 80   ℃ e 20   ℃ , respectivamente, determine a temperatura de saída do fluido frio.

Passo 1

Vamos listar os dados fornecidos para melhorar nossa visualização do problema:

O coeficiente geral de transferência de calor, U = 200 W m 2 ⋅ K .

Capacidade de calor dos fluidos:

C q u e n t e = 40000   W / K

C f r i o = 80000   W / K

As temperaturas de entrada são:

T q u e n t e = 80   ℃

T f r i o = 20   ℃

A área da superfície de transferência de calor, A s = 400   m 2 .

Passo 2

Para achar a taxa máxima, precisamos encontrar qual das duas capacidades de calor é a menor:

C m i n i m = C q u e n t e = 40000   W / K

A taxa máxima de transferência de calor no trocador de fluxo cruzado é dada pela seguinte equação:

Q ˙ = C m i n i m ( T q u e n t e - T f r i o )

= 40000 × 80 - 20

Q ˙ = 24000   k W

Passo 3

O NTU do trocador de calor é expresso como:

N T U = U A s C m i n i m

= 200 ( 400 ) 40000

N T U = 2

Além disso,

c = C m i n i m C m a x i m

= 40000 80000

c = 0,5

Na figura 11-26 Efetividade de trocadores de calor, temos que para um trocador de calor com fluxo cruzado e fluidos sem mistura, com N T U = 2 e c = 0,5 , possui a efetividade ε ≅ 0,7 4 .

Portanto, a efetividade da transferência de calor é  ε = 0,7 4 .

Passo 4

b) A taxa real de transferência de calor do trocador de calor é:

Q ˙ = ε Q ˙ m a x i m

= 0,7 4 × 24000   k W

Q ˙ = 17 76   k W

A temperatura de saída do lado frio é determinada como:

Q = C f r i o ( T s a í d a - T e n t r a d a )

17 76 × 10 3 = 80000 ( T s a í d a - 20 )

T s a í d a = 42,2   ℃

Resposta

T s a í d a = 42,2   ℃

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