Explique por que a efetividade máxima de um trocador de calor é limitada a 100%, mesmo com área de troca infinita.
Passo 1
O enunciado pede para mostrar por que a efetividade de um trocador de calor, definida como
jamais pode ultrapassar 100 % mesmo que a área de troca seja infinita. Aqui vamos usar o conceito de capacidade térmica dos fluidos e a definição de
.
Passo 2
Definimos as capacidades térmicas-mássicas
e
, e seja
O calor máximo que poderia ser transmitido se um fluido atingisse a temperatura de entrada do outro é
Por definição de Segunda Lei e balanço de energia, o calor real
nunca pode exceder esse valor, pois isso implicaria transferir mais energia do que o fluido de menor capacidade térmica comporta ao variar entre as temperaturas de entrada.
Passo 3
Quando a área de troca tende ao infinito, o trocador atinge o “limite de regime”, em que
. Nesse caso
ou seja, 100 %. Como não há mecanismo físico que permita
, a efetividade máxima é limitada a 100 %.
Resposta
A efetividade máxima é
; não pode ultrapassar esse valor porque o calor real não pode exceder o calor máximo definido por
.