(Adaptado) A água entra nos tubos de de diâmetro interno de um trocador de calor de tubo duplo em contracorrente a com uma taxa de . Ela é aquecida por condensação de vapor a no casco.
Se o coeficiente global de transferência de calor do trocador é de , determinar o comprimento do tubo necessário, a fim de aquecer a água a utilizando o Método da Eficiência e NUT.
Passo 1
Pelo Método da Eficiência e NUT, a área de troca térmica pode ser encontrada através da expressão do NUT:
Como estamos trabalhando com uma área cilíndrica, temos que:
Substituindo a expressão que acabamos de encontrar para :
Dessa equação, não temos o NUT e nem a menor taxa de capacidade térmica . Então vamos atrás deles!
Passo 2
Como o fluido quente está passando por uma mudança de fase (temperatura constante), haverá variação de temperatura somente no fluido frio, de forma que:
Passo 3
Temos algumas equações para calcular o NUT, mas vamos precisar da efetividade de transferência de calor e da razão das taxas de capacidade térmica.
A efetividade pode ser calculada através da seguinte equação:
Onde:
Dessa forma, a efetividade será:
Como há mudança de fase no fluido quente, a razão das capacidades será nula . Assim, a relação mais adequada para o NUT será:
Passo 4
Finalmente, o comprimento do tubo necessário será:
