Um trocador de calor de escoamento cruzado ar-água com uma eficiência de é utilizado para aquecer água com ar quente .
A água entra no trocador de calor a com uma taxa de , enquanto o ar entra a com uma taxa de .
Se o coeficiente global de transferência de calor baseado no lado da água é de , determinar a superfície de transferência de calor do trocador de calor no lado da água.
Considere que ambos os fluidos são sem mistura.
Passo 1
Vamos começar pensando em qual é a melhor maneira de encontrar a área superficial de transferência de calor.
Podemos pensar na equação da taxa de transferência de calor:
Opa! Mas como não temos a temperatura de saída dos fluidos, então essa não é uma boa.
Uma outra equação que associa a área superficial é justamente a fórmula do NUT, dada por:
Essa parece ser boa! Mas vamos precisar encontrar o NUT e a menor taxa de capacidade térmica.
Vamos atrás deles então.
Passo 2
Começando pelas taxas de capacidade térmica, temos que:
Como o menor valor corresponde ao do fluido frio (água), teremos:
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, dada por:
Estamos trabalhando com um trocador de calor de escoamento cruzado, onde ambos os fluidos são sem mistura. Nesse caso, não temos uma equação para o NUT na nossa tabela, então vamos utilizar o gráfico adequado.
Logo:
Passo 4
Finalmente, a área de troca térmica será:
