Um fluido de processo, com calor específico de 3500 J /(kg cdot K) e escoando a 2 kg / s, deve ser resfriado de 80^circ C a 50^circ C com água gelada, que é fornecida a uma temperatura de 15^circ C e a uma vazão de 2,5 kg / s. Considerando um coeficiente global de transferência de calor igual a 2000 W /(m^2 cdot K), calcule as áreas de transferência de calor necessárias para as seguintes configurações de trocadores de calor:
(d) escoamento cruzado, único passe, dois fluidos não misturados

Passo 1

Beleza, o enunciado diz que a gente tem um trocador de calor escoamento cruzado (cross‐flow), um único passe, dois fluidos não misturados.
Conteúdo: balanço de energia em trocador + método LMTD (log‐mean temperature difference) com fator de correção para cross‐flow.
O que vamos precisar:
  1. Calcular a taxa de calor transferido pelo fluido quente.
  2. Achar a temperatura de saída da água fria.
  3. Calcular as diferenças de temperatura e e o LMTD.
  4. Determinar os parâmetros e e, com eles, o fator de correção .
  5. Finalmente, achar a área via .

Passo 2

Calcular Q = 2cdot3500,(80-50) = 2cdot3500cdot30 = 210,000 W usando o fluido quente (índice 1):

Com :

Passo 3

Achar a temperatura de saída da água (índice 2), usando T2,rm out = Qdot m2,cp2 + T2,rm in = 2100002,5cdot4184 + 15 approx 35,1^circ C .
Assumindo , e :

Passo 4

Calcular as duas diferenças de temperatura e o LMTD:
De
De
O LMTD é
De

Passo 5

Calcular os parâmetros para o fator de correção R = T1,rm in-T1,rm outT2,rm out-T2,rm in = 80-5035,1-15 approx 1,49, P = T2,rm out-T2,rm inT1,rm in-T2,rm in = 35,1-1580-15 approx 0,31 :
Na tabela/gráfico de correção para trocador cross‐flow, escoamento único passe, ambos não misturados, esses valores dão um .

Passo 6

Agora monta a equação da área:
Q = U;A;F;De
Com A = 2100002000cdot0,82cdot39,8 approx 3,2 m^2 :

Resposta

A área de troca térmica necessária para o trocador em configuração cross‐flow, único passe e fluidos não misturados é cerca de 3,2 m².

Exercícios relacionados