Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 16
16- Os sentidos dos escoamentos num trocador de calor duplo tubo são iguais ( o equipamento opera de modo co-corrente). O tubo interno é alimentado com de ar a e o externo com de ar a . Determine a temperatura dos escoamentos de ar descarregados do trocador admitindo que este é infinitamente longo. Faça um esboço das distribuições de temperatura dos escoamentos de ar no trocador de calor.
Passo 1
Dicionário -> Co-corrente: Corrente que segue a mesma direcção que outra
Dessa forma desenhando o trocador de calor duplo tubo co-corrente (mais simples que parece) temos:
Onde as vazões mássicas se mantêm em todo o comprimento dos tubos
Pelos tubos serem infinitamente longos podemos supor que a temperatura final nos dois tubos é igual a e por conta disso (e por ser o mesmo fluído) a entalpia do fluido na saída no final dos dois tubos são iguais.
Então como a única transferência de calor é pela entalpia (troca de temperatura significa troca de temperatura para gases ideais como o ar), então pela equação da primeira lei temos:
O que também pode ser escrito como:
Passo 2
E como em um gás ideal (como é o ar) a entalpia é proporcional a temperatura como em:
Então a temperatura na saída pode ser associada a entrada como em:
Então substituindo os valores teremos:
E voilá
Passo 3
Fazendo o gráfico da distribuição de temperatura conseguiremos entender por que em tubo longo a temperatura se iguala:
Como está acontecendo resfriamento de temperatura podemos associar as duas temperaturas a lei do resfriamento de Newton, onde o ar há resfria e o ar a esquenta, de modo que se eles estão muito em contato então no final teremos o equilíbrio térmico de modo que o gráfico das duas temperaturas sejam:
E por ter uma vazão mássica maior a temperatura fica mais próxima de do que de