Um trocador de calor compacto de contracorrente tem uma área superficial de 200 m^2. O trocador é usado para préaquecer a corrente de ar que entra no queimador de uma turbina a gás usando os gases de combustão que deixam esta turbina a gás. O ar entra a 10^circ C e os gases de combustão entram na unidade a 190^circ C. Os fluidos, de vazão mássica de 1,6 kg / s, não são misturados enquanto passam pelo trocador. O coeficiente global de transferência de calor vale 30 W / m^2 circ C. Deseja-se estimar a temperatura dos gases (ar e gases de combustão) que deixam o trocador de calor.

Solução:

O calor específico dos gases sera avaliados à temperatura média de 100^circ C e, da Tabela A-2, vale cp=1001,13 J / kg^circ C. As capacidades térmicas dos dois fluxos de fluidos são iguais.

Solução:

O calor específico dos gases sera avaliados à temperatura média de 100^circ C e, da Tabela A-2, vale cp=1001,13 J / kg^circ C. As capacidades térmicas dos dois fluxos de fluidos são iguais.
& Ch=Cc=m cp=1,6(1001,13)=1601,8 W / ^circ C & NUT=UA / Cmin=30 times 200 / 1601,8=3,746
A efetividade é determinada por gráficos ou equação. Para NUT =3,746 e Cmin / Cmax =1 a efetividade é 0,8 .
varepsilon=Q /(Cmin( Thi -Tci))
A quantidade de calor transferido entre os fluidos é:
Q=varepsilon( Thi -Tci )=0,8(1601,8)(190-10)=230,66 kW
As temperaturas de saída dos gases do trocador de calor são:
Gases quentes: Q=-Ch( Tho - Thi )=230,66=1,6018( Tho -190 )-> Tho =46^circ C Gases Frios: Q=Cc(Tco-Tci)=230,66=1,6018(Tco-10)->134^circ C

Passo 1

Beleza, então o que temos é um trocador de calor de contracorrente com área de 200 m². De um lado entra ar a 10 °C e, do outro, gases de combustão a 190 °C — cada fluxo tem vazão mássica de 1,6 kg/s. O coeficiente global é U = 30 W/(m²·°C).
Conteúdo: método NTU-efetividade.
O que vamos precisar:
  1. Calcular as capacidades térmicas .
  2. Calcular o número de unidades de transferência (NTU).
  3. Achar a efetividade para contracorrente com razão de capacidades .
  4. Ver o calor trocado .
  5. Finalmente, achar as temperaturas de saída.

Passo 2

Primeiro achamos o calor específico e a capacidade térmica:
– Pelo enunciado, em torno de 100 °C: C = dot m,cp = 1,6 times 1001,13 approx 1601,8 W/°C .
– Como , a capacidade de cada fluido é
Aqui .

Passo 3

Agora o NTU (Number of Transfer Units):
NTU = U,ACmin = 30;W/(m^2·°C)times 200;m^21601,8;W/°C approx 3,75

Passo 4

Para um trocador de contracorrente com razão varepsilon = NTU1 + NTU = 3,751 + 3,75 approx 0,79 , a efetividade é

Passo 5

Com a efetividade em mãos, o calor trocado é
Q = varepsilon ; Cmin;(,Th,i - Tc,i,) = 0,79 times 1601,8;W/°Ctimes (190 - 10);°C approx 2,28times10^5 W

Passo 6

Finalmente, as temperaturas de saída:
– Para o fluido quente (gases):
Q = Ch,(Th,i - Th,o) ;Longrightarrow; Th,o = Th,i - QCh = 190 - 2,28times10^51601,8 approx 46;°C
– Para o fluido frio (ar):
Q = Cc,(Tc,o - Tc,i) ;Longrightarrow; Tc,o = Tc,i + QCc = 10 + 2,28times10^51601,8 approx 154;°C

Resposta

Temperatura de saída dos gases quentes: aproximadamente 46 °C
Temperatura de saída do ar pré-aquecido: aproximadamente 154 °C

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