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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Çengel - Transferência de Calor- Ed: 4º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 103

O vapor deve ser condensado sobre o lado do casco de um condensador com 1 passe no casco e 8 passes no tubo, com 50 tubos em cada passe, a 30°C h f g = 2431 k J k g . A água de resfriamento c p = 4180 J k g . K entra nos tubos a 15°C, a uma taxa de 2200 k g h . Os tubos têm parede fina e diâmetro de 1,5 cm e 2 m de comprimento por passe. Considerando que o coeficiente de transferência de calor é de 30 00 W m 2 K , determine (a) a taxa de transferência de calor e (b) a taxa de condensação do vapor.

Passo 1

Boraa continuar !!!

Na letra (a) nós queremos a taxa de transferência de calor, certo?

E como ??

Podemos usar o método ε - N T U , ok?

Q ˙ = ε Q m a x ˙

Vamos começar calculando a transferência máxima de calor?

Q m a x ˙ = C m i n T q ,   e n t r a - T f ,   e n t r a

Já sabemos que:

T q ,   e n t r a = 30 ° C

T f ,   e n t r a = 18 ° C

Então nós precisamos achar o C m i n ,   certo?

Lembrando que:

C = m ˙ c p

Nós sabemos que:

C f = m á g u a ˙ c p

Transformando a vazão mássica em kg/s:

m á g u a ˙ = 2200 k g h × 1   h 3600   s = 0,611 k g s

Sendo assim:

C f = 0,611 k g s 4,180 k J k g . ° C = 2,55 k J s . ° C = 2,55   k W ° C

Como nós não temos nenhuma informação sobre o C do ar, vamos assumir que:

C m i n = C f = 2,55   k W ° C

Calculando o calor máximo:

Q m a x ˙ = 2,55   k W ° C 30 ° C - 18 ° C

Q m a x ˙ = 30,654   k W

Passo 2

Belezaa!

Agora precisamos achar a eficácia !!

Para este trocador de calor:

ε = 1 - e - N T U

E como calculamos o NTU?

N T U = A s   U C m i n

Como nós temos 50 tubos em cada passe e 8 passes:

A s = 8 × 50 π D L

Na fórmula:

N T U = 8 × 50 π D L   U C m i n

Substituindo:

N T U = 8 × 50 π 0,015   m 2   m   3 k W m ² . ° C 2,55   k W ° C

N T U = 44,353

Achando a eficácia:

ε = 1 - e - 44,353

ε = 1

Agoora sim nós podemos calcular a taxa de calor:

Q ˙ = 1 30,654   k W

Q ˙ = 30,654   k W

Achamos uma resposta né galerinha !!

Passo 3

Para a letra (b) nós precisamos da taxa de condensação do vapor, certo?

Para isso nós podemos usar uma formula bem simples:

Q ˙ = m ˙ h f g

Isolando a nova vazão mássica, que será referente à condensação:

m ˙ = Q ˙ h f g

Substituindo:

m ˙ = 30,654   k W 2431 k J k g

m ˙ = 0,0126 k g s

E é isso aí galeraa !!

Resposta

  1. Q ˙ = 30,654   k W ;
  2. m ˙ = 0,0126 k g s .
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