1. Pretende-se arrefecer 3 kg / s de um fluído A ( Cp=3,6 kJ / kg ^circ C ) inicialmente à temperatura de 80 ^circ C. Para esse efeito podemos utilizar o seguinte permutador de correntes cruzadas (ambos os fluidos misturados) e um dos seguintes dois fluidos de arrefecimento. Qual o fluído de arrefecimento que se deve utilizar.
    Permutador: Área =23 m^2 Coeficiente global transm. calor =570 W / m^20 C
    Fluído B: Temperatura =25^circ C Caudal =6,3 kg / s Cp=4,0 kJ / kg ^circ C
    Fluído C: Temperatura =30^circ C Caudal =4.5 kg / s Cp=4,2 kJ / kg^circ C

Passo 1

O enunciado pede para comparar dois fluidos de arrefecimento num permutador de calor em correntes cruzadas (ambos os fluidos misturados) de área A=23, m^2 e coeficiente global de transmissão U=570,W/ m^2 cdot! ^circC.
O fluido quente A tem vazão mássica dotmA=3,kg/s, Cp,A=3,6,kJ/kg cdot! ^circC e Th,in=80, ^circC.
Os candidatos são:
– Fluido B: dotmB=6,3,kg/s, Cp,B=4,0,kJ/kg cdot! ^circC, Tc,in=25, ^circC.
– Fluido C: dotmC=4,5,kg/s, Cp,C=4,2,kJ/kg cdot! ^circC, Tc,in=30, ^circC.
Para decidir, vamos usar o método NTU varepsilon.

Passo 2

Calculamos as capacidades térmicas ( C=dotm,Cp) e o menor valor Cmin:
CA=dotmA,Cp,A=3cdot3,6=10,8;kW/^circC,
CB=dotmB,Cp,B=6,3cdot4,0=25,2;kW/^circC,
CC=dotmC,Cp,C=4,5cdot4,2=18,9;kW/^circC
Logo Cmin=CA=10,8,kW/ ^circC em ambos os casos.

Passo 3

Calculamos o número de unidades de troca térmica
NTU=U,ACmin =570;W/m^2cdot23;m^210,800;W/^circC approx1,21

Passo 4

Determinamos a razão de capacidades
Cr=CminCmax
Para o fluido B: Cmax=CB=25,2,kW/ ^circC,
Cr,B=10,825,2approx0,429
Para o fluido C: Cmax=CC=18,9,kW/ ^circC,
Cr,C=10,818,9approx0,571

Passo 5

Em permutadores em correntes cruzadas com ambos os fluidos misturados, a eficácia varepsilon é função de NTU e de Cr, e para dado NTU decresce quando Cr aumenta.
Como NTU é o mesmo nos dois casos e Cr,B<Cr,C, segue que
varepsilonB>varepsilonC
Além disso, o calor máximo disponível é
Qmax=Cmin,(Th,in-Tc,in),
e como Tc,in,B=25 circC é menor que Tc,in,C=30 circC, também
Qmax,B>Qmax,C
Concluímos que o fluxo de calor efetivo Q=varepsilon,Qmax será maior com o fluido B.

Resposta

Deve-se utilizar o fluido B.

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