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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 84

Um trocador de calor de duplo-tubo de correntes opostas é usado para resfriar óleo ( c p = 2,20 kJ/kg ⋅ °C) inicialmente a 80 °C para 40 °C a uma vazão de 2 kg/s. Para isso, utiliza-se a água ( c p = 4,18 kJ/kg ⋅ °C), que entra no sistema a 22 °C a uma vazão de 1,5 kg/s. Determine a taxa de transferência de calor no trocador de calor e a temperatura de saída da água.

Passo 1

Vamos selecionar o tubo de óleo quente como nosso volume de controle. Temos um processo em regime permanente, o trocador de calor tem um bom isolamento e a transferência de calor ocorre somente entre o fluido quente e o fluido frio. Assim, a equação de balanço de energia do volume de controle é:

- Q ˙ s a i = m ˙ h 2 - h 1 = m ˙ c p ( T 2 - T 1 )

Como para o óleo c p = 2,20   k J / k g ⋅ ° C , a taxa de transferência de calor é:

Q ˙ s a i =   2 ⋅ 2,2 ⋅ 150 - 40 = 484   k J / s

Passo 2

Temos então que a taxa de transferência de calor do óleo é igual a taxa de transferência de calor para água e assim, a temperatura de saída da água é:

Q ˙ = m ˙ á g u a c p T s a i - T e n t r a → T s a i = T e n t r a + Q ˙ m ˙ á g u a c p = 22 + 484 1,5 ⋅ 4,18 = 99,2   ° C  

Resposta

Q ˙ s a i = 484   k J / s

T s a i = 99,2   ° C  

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