Vapor de água de processo, saturado a , é condensado em um trocador de calor casco e tubos (um passe no casco e dois passes nos tubos). Água de resfriamento entra nos tubos a com uma velocidade média de . Os tubos têm paredes delgadas e são feitos de cobre com diâmetro de e comprimento de . O coeficiente de transferência de calor por convecção na condensação sobre a superfície externa dos tubos é de .

(a) Determine o número de tubos por passe necessário para condensar de vapor.

(b) Determine a temperatura de saída de água.

(c) Determine a taxa de condensação máxima possível que poderia ser obtida com esse trocador de calor usando a mesma vazão mássica e temperatura de entrada da água.

(d) Usando a área de transferência de calor determinada na parte (a), represente graficamente a temperatura de saída da água e a taxa de condensação do vapor para velocidades médias da água na faixa entre e . Admita que o coeficiente de transferência de calor por convecção no lado do casco permaneça constante.

(a)

Vamos lá! Vamos usar os da tabela para vapor saturado e para água a ,vamos começar calculando a energia proveniente do vapor, assim temos:

Avaliando as propriedades da água temos:

O coeficiente médio é dado por:

Temos que e , sendo o número de tubos.

Rearranjando tudo temos:

De outra relação da eficiência temos:

Assim temos que o número de tubos necessário é:

(b)

A água de temperatura de saída da água é dada por:

(c)

A taxa máxima de condensação é dada por:

(d)

Vamos matar essa?!

Usando um software da sua preferencia podemos montar um gráfico repetindo os passos da letra (a) com a área constante, variando a vazão de água nos tubos

Representando a temperatura de saída e a taxa de condensação em função da velocidade da água temos o seguinte gráfico:

Isso é tudo pessoal!