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Um trocador de calor de escoamento cruzado e tubos aletados deve usar o gás de exaustão de uma turbina a gás para aquecer água pressurizada. Medidas em laboratório são efetuadas em uma versão protótipo do trocador, que tem área superficial de 8   m 2 , para determinar o coeficiente global de transferência de calor como uma função das condições operacionais. Medidas efetuadas sob condições particulares, nas quais m ˙ q = 1,5   k g / s , T q , e n t = 325 ° C , m ˙ f = 0,5   k g / s e T f , e n t = 25 ° C , revelam uma temperatura de saída da água de T f , s a i = 1 2 5 ° C . Qual é o valor do coeficiente global de transferência de calor no trocador?

Passo 1

Fala galera, tudo bem?

Vamos começar a resolver essa questão!

Utilizaremos a seguinte equação para calcularmos o valor do coeficiente global de transferência de calor no trocador:

U = C m í n N T U A

Devemos agora obter os calores específicos para os nossos fluídos.

Para o fluído frio na temperatura média:

T - m = T f , s a i + T f , e n t 2 = 125 + 25 2 = 75 ° C   ≅ 350   K

Pela Tabela A.6:

c p , f = 4195   J / k g ⋅ K

Para o fluído quente, adotaremos uma temperatura média de 275 ° C   ( ≅ 550   K ) , assim:

c p , q = 1040   J / k g ⋅ K

Bora para os cálculos!

Passo 2

Devemos agora calcular a efetividade do nosso sistema:

q = ε C m í n T q , e n t - T f ,   e n t

ε = q C m í n T q , e n t - T f ,   e n t

ε = C m á x ⋅ T f , s a i - T f ,   e n t C m í n ⋅ T q , e n t - T f ,   e n t

Calculando C m í n e C m á x :

C m í n = C q = m ˙ q ⋅ c p , q = 1,5 ⋅ 1040 = 1560   W / K

C m á x = C f = m ˙ f ⋅ c p , f = 0,5 ⋅ 4195 = 2097,5   W / K

Substituindo os dados:

ε = 2097,5 ⋅ 125 - 25 1560 ⋅ 325 - 25

ε = 0,45

Passo 3

Com a efetividade obtida encontramos o valor de NUT pela Fig. 11.14:

N U T ≅ 0,81

Assim, utilizando a equação do Passo 1:

U = 1560 ⋅ 0,81 8

U = 157,95   W / m 2 ⋅ K

E assim finalizamos a nossa questão!

Até a próxima!

Resposta

U = 157,95   W / m 2 ⋅ K

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