Água deve ser aquecida com ar quente aquecido por energia solar em um trocador de calor de tubo duplo em contracorrente.
O ar entra no trocador de calor a com uma taxa de , enquanto a água entra a com uma taxa de . O coeficiente global de transferência de calor baseado na face interna do tubo é .
O comprimento do tubo é de e seu diâmetro interno é de . Determinar as temperaturas de saída da água e do ar.
Passo 1
As temperaturas de saída podem ser calculadas pelas seguintes equações:
Show de bola! Nós temos as temperaturas de entrada dos fluidos, temos como calcular as taxas de capacidade térmica, mas falta a taxa de transferência de calor.
Usando o Método da Eficiência e NUT, a taxa de transferência de calor será dada por:
Vamos tratar de um termo de cada vez aqui.
Passo 2
Começando pela taxa de transferência de calor máxima possível , que é dada por:
Para calcular a menor taxa de capacidade térmica, temos que calcular as taxas de capacidade térmica dos dois fluidos.
Como o menor valor corresponde ao do fluido quente (ar), teremos:
Dessa forma, a taxa de transferência de calor máxima possível será:
Passo 3
Para calcular a efetividade da transferência de calor, vamos precisar do NUT e da razão das capacidades, dados por:
Como estamos trabalhando com um trocador de calor de escoamento contracorrente, a relação mais adequada para a efetividade será:
Substituindo os valores:
Passo 4
A taxa de transferência de calor será:
Assim, as temperaturas de saída dos fluidos serão:
