Calcule a área de troca térmica de um dado evaporador a partir das informações abaixo: (0,2)
  • O evaporador opera a uma pressão de 3,17 kPa, sem EPE;
  • O evaporador usa como fluido de aquecimento vapor d- O consumo de vapor de aquecimento deste evaporador de 2300 kg / h.
  • O coeficiente global de transferência de calor, U, vale 4800 kJ / m^2 h ^circ C.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para calcular a área de troca térmica de um evaporador usando algumas informações específicas. Isso faz parte do estudo de transferência de calor, que é essencial para entender como o calor é transferido entre diferentes meios. Para resolver, vamos precisar entender conceitos como fluxo de calor, coeficiente global de transferência de calor e a relação entre eles para encontrar a área necessária.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar o que sabemos:
  • Pressão do evaporador: 3,17 kPa
  • Tipo de fluido de aquecimento: vapor d-
  • Consumo de vapor de aquecimento: 2300 kg/h
  • Coeficiente global de transferência de calor (U): 4800 kJ/m²·h·°C
Precisamos encontrar a área de troca térmica (A).

Passo 3

Para calcular a área de troca térmica, usamos a fórmula básica da transferência de calor:
Q = U times A times De
Onde:
  • $ Q $ é a taxa de transferência de calor (kJ/h)
  • $ U $ é o coeficiente global de transferência de calor (kJ/m²·h·°C)
  • $ A $ é a área de troca térmica (m²)
  • $ \Delta T $ é a diferença de temperatura entre os dois meios (°C)
Nosso objetivo é encontrar $ A $, então vamos reorganizar a fórmula:
Q

Passo 4

Agora precisamos encontrar $ Q $, a taxa de transferência de calor. Sabemos que o consumo de vapor de aquecimento é de 2300 kg/h. Para calcular $ Q $, usamos a relação:
Q
Onde:
  • $ \dot{m} $ é a massa de vapor condensado por hora (kg/h)
  • $ h_{fg} $ é o calor latente de vaporização do vapor d- na pressão dada (kJ/kg)

Passo 5

Precisamos encontrar o valor de $ h_{fg} $ para o vapor d- a 3,17 kPa. Normalmente, esse valor é encontrado em tabelas de propriedades termodinâmicas para o fluido específico. Para este exercício, vamos supor que $ h_{fg} $ seja conhecido ou foi fornecido. Se não for, o próximo passo seria consultá-lo.

Passo 6

Supondo que temos o valor de $ h_{fg} $, vamos calcular $ Q $:
hfg

Passo 7

Agora que temos $ Q $, podemos substituir na fórmula da área:
Q
Mas precisamos de $ \Delta T $, a diferença de temperatura. Se não for fornecida, geralmente é assumida ou calculada com base nas condições de operação. Para este exercício, vamos supor que $ \Delta T $ seja fornecida ou conhecida.

Passo 8

Finalmente, substituímos todos os valores na fórmula para encontrar $ A $:
A ²

Resposta

A área de troca térmica do evaporador é:
A = 2300 times hfg4800 times De²

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