Considere um trocador de calor casco tubo, que consiste no escoamento externo de ar (fluido misturado) sobre um tubo de diâmetro de 2 cm . Ar atmosférico entra no trocador a 10^circ C com vazão mássica igual a 2 Kg / s(rho=0,29 Kg / m^3 e cp=1000 J / KgK). A água quente entra pelo tubo a temperatura de 90^circ C e velocidade de 0,5 / m / s e sai a temperatura de 60^circ C(rho=1000 Kg / m^3 e cp=4180 J / KgK). Considere que o coeficiente global de troca é igual a 400 W / m^2 K. Calcule
A temperatura de saída do ar - uson Q i=Q r e Q=w C P De

Passo 1

Beleza, manda ver no enunciado: a gente tem um trocador casco-tubo onde o ar entra a 10 °C e sai num tempinho que a gente vai achar. O ar tem vazão mássica de 2 kg/s e J/(kg K). A água entra no tubo a 90 °C, vai a 0,5 m/s e sai a 60 °C; para a água kg/m³ e J/(kg K). Também deram um coeficiente global W/(m² K), mas para achar a temperatura de saída do ar a gente só precisa usar o balanço de energia (isto é, ) e a fórmula .
Conteúdo: balanço de energia em trocador de calor; massa de água a partir de área e velocidade; calor sensível ( ).

Passo 2

Calcular a vazão mássica da água no tubo.
  1. Área da seção do tubo:
A = pi D^24 com D=0,02;m ;Rightarrow; A = pi (0,02)^24 approx 3,14times10^-4,m^2
  1. Vazão volumétrica:
dot V = A,v = 3,14times10^-4,m^2times 0,5,m/s =1,57times10^-4,m^3/s
  1. Vazão mássica da água:
dot mH₂O = rho,dot V =1000,kg/m^3times1,57times10^-4,m^3/s =0,157,kg/s

Passo 3

Calcular o calor cedido pela água:
Q = dot mH₂O;cp,H₂O;De
Fazendo as contas:
0,157times4180approx656,6;W/K, 656,6times30;Kapprox19,700;W
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Qapprox1,97times10^4;W

Passo 4

Agora, esse mesmo calor é absorvido pelo ar:
Q = dot mar;cp,ar;De
A gente sabe 1,97times10^4 = 2;kg/stimes1000;J/(kg,K)times(Tar,out-10) kg/s e Tar,out-10 = 1,97times10^42000 = 9,85;K ;Longrightarrow; Tar,out = 10 + 9,85 = 19,85;^circC J/(kg K), e quer . Então:
Isolando:

Resposta

A temperatura de saída do ar é aproximadamente 19,9 °C.

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