Projete um trocador de calor contra-corrente para aquecer água fria de 20 °C a 60 °C usando uma fonte quente…

Questão

Projete um trocador de calor contra-corrente para aquecer água fria de 20 °C a 60 °C usando uma fonte quente contínua com m?_hot = 0,15 kg·s?¹, c = 4200 J·kg?¹·K?¹, T_hot,in = 120 °C e T_hot,out = 80 °C. Considere a água fria com c = 4200 J·kg?¹·K?¹ e coeficiente global U = 300 W·m?²·K?¹. Determine (a) a vazão mássica m?_cold necessária e (b) a área A do trocador, usando Q? = m? c ?T e A = Q?/(U·LMTD).

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Calcule a potência térmica disponível na fonte quente: Q? = m?_hot·c·(T_hot,in-T_hot,out) = 0,15·4200·(120-80) = 25 200 W. 2) Vazão mássica da água fria: Q? = m?_cold·c·(T_cold,out-T_cold,in) ? m?_cold = Q?/(c·?T_cold) = 25 200/(4200·40) = 0,15 kg·s?¹. 3) Cálculo do LMTD (contracorrente): ?T1 = T_hot,in-T_cold,out = 120-60 = 60 K; ?T2 = T_hot,out-T_cold,in = 80-20 = 60 K ? LMTD = 60 K (ambos iguais). 4) Área do trocador: A = Q?/(U·LMTD) = 25 200/(300·60) = 1,40 m². Conclusão: m?_cold = 0,15 kg·s?¹ e A = 1,40 m². (Equações usadas: Q? = m? c ?T; LMTD = (?T1-?T2)/ln(?T1/?T2), aqui ?T1=?T2.)

Explicação

O cálculo da potência térmica disponível na fonte quente é essencial para determinar a quantidade de calor transferido, que é igual à quantidade de calor absorvido pela água fria. A vazão mássica da água fria é encontrada reordenando a equação de transferência de calor, garantindo que a temperatura final desejada seja alcançada. Por fim, a área do trocador é calculada utilizando o LMTD, que considera a diferença de temperatura média entre os fluidos, permitindo dimensionar adequadamente o equipamento.

Raio-X da questão

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