EXERCÍCIO: Fluidos para secagem de grãos
Durante a secagem de grãos, gases de exaustão a
são utilizados para aquecer água pressurizada de
até
. A vazão mássica da água é de
Os gases de exaustão deixam o trocador de calor a
, e o coeficiente global de transferência de calor com base na área do lado dos gases é
.
Sabendo que o trocador é do tipo escoamento cruzado com tubos aletados (gás misturado, água não misturada), determine a área superficial necessária no lado dos gases Ag para atender à troca térmica.
Rspta:
Por que usamos o lado da água para calcular q?
Qual o impacto de diminuir
, por exemplo por acúmulo de sujeira?
Por que a efetividade é menor que 1 mesmo com grandes diferenças de temperatura?
Os gases de exaustão deixam o trocador de calor a
Sabendo que o trocador é do tipo escoamento cruzado com tubos aletados (gás misturado, água não misturada), determine a área superficial necessária no lado dos gases Ag para atender à troca térmica.
Qual o impacto de diminuir
Por que a efetividade é menor que 1 mesmo com grandes diferenças de temperatura?
Passo 1
Usamos o lado da água para calcular a taxa de calor
porque nesse fluxo temos todos os dados bem definidos: a vazão mássica
, o calor específico
e a variação de temperatura
. Assim, pela primeira lei da termodinâmica para fluxo estacionário sem trabalho de eixo,
Além disso, a água normalmente tem a menor capacidade térmica (
), o que limita a transferência de calor máxima possível no trocador.
Passo 2
Se o coeficiente global de transferência
diminui (por exemplo, devido a incrustação ou sujeira), a resistência térmica total do trocador aumenta. Como a equação básica do trocador é
para manter a mesma
seria necessário aumentar a área
ou o fator de desempenho
. Caso não se aumente
, a carga térmica
cai, reduzindo a temperatura de saída da água ou exigindo mais tempo de secagem.
Passo 3
A efetividade
é sempre menor que 1 porque existem resistências térmicas finitas (convecção nos dois lados e condução pelas paredes/tubos) e, no caso de escoamento cruzado, ocorre mistura parcial das correntes. Apenas num trocador ideal com área infinita (ou
) é que se aproximaria de
; na prática, sempre há limites físicos que impedem atingir 100% de aproveitamento da diferença de temperatura.
Resposta
(a) Porque no lado da água temos
,
e
conhecidos e ela define
, que determina a carga térmica.
(b) Diminuir aumenta a resistência térmica, reduz
para uma dada
ou força a usar área maior para manter a troca.
(c) devido às resistências finitas de convecção e condução e à mistura parcial em escoamento cruzado; só atinge 1 em trocadores ideais de área infinita.
(b) Diminuir
(c)