Óleo lubrificante leve (
K) é resfriado pela transferência de calor com água, em um pequeno trocador de calor tubular. O óleo possui uma vazão mássica de
e suas temperaturas na entrada e na saída do trocador de calor são 375 K e 350 K , respectivamente. Água, a 280 K , está disponível numa vazão de
para ser utilizada no processo de resfriamento. Considerando que o coeficiente global de troca térmica é
, determine a área de troca térmica para as operações em:
c) Escoamento Cruzado (Fluido misturado no lado da água) (R:
)
c) Escoamento Cruzado (Fluido misturado no lado da água) (R:
Passo 1
Então, vamos lá! A gente tem um exercício sobre troca de calor em um trocador tubular onde óleo e água estão trocando calor. A gente precisa descobrir a área necessária para essa troca térmica no caso de escoamento cruzado com o fluido (água) misturado. Para resolver isso, vamos usar conceitos de transferência de calor, propriedades termodinâmicas dos fluidos e fórmulas específicas para trocadores de calor em escoamento cruzado.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor que o óleo está perdendo ao ser resfriado. A fórmula para isso é:
Onde:
-
é a vazão mássica do óleo, -
é a capacidade calorífica específica do óleo, -
é a variação de temperatura do óleo.
Substituindo os valores:
Passo 3
Agora, precisamos confirmar que a água está absorvendo essa quantidade de calor. Para isso, usamos a mesma fórmula, rearranjando para encontrar a variação de temperatura da água:
Sabemos que
e
. Vamos assumir que a capacidade calorífica da água é aproximadamente
.
Resolvendo para
:
Então, a temperatura da água na saída será aproximadamente
.
Passo 4
Agora, precisamos calcular a diferença de temperatura média logarítmica (
) para o escoamento cruzado com fluido misturado. A fórmula para
em escoamento cruzado é:
Onde:
Substituindo:
Calculando:
Passo 5
Com a diferença de temperatura média logarítmica calculada, podemos agora determinar a área de troca térmica necessária usando a fórmula:
Onde:
Substituindo:
Resposta
A área de troca térmica necessária é aproximadamente
.