Água deve ser aquecida de
a
em um trocador de calor de tubo duplo a uma taxa de
. A água flui dentro de um tubo com vapor condensando a
no lado externo. A parede do tubo é tão fina que a resistência da parede pode ser negligenciada. Assumindo que o coeficiente do filme de vapor,
, é
. Qual o tamanho do menor trocador de calor que aquecerá a água até a temperatura desejada? As propriedades médias da água são:
.
Passo 1
Vamos resolver um exercício de transferência de calor envolvendo um trocador de calor de tubo duplo. O objetivo é determinar o tamanho mínimo desse trocador para aquecer água de
a
com uma taxa de fluxo de
. Para isso, vamos utilizar conceitos de termodinâmica e transferência de calor, como a equação de balanço de energia e a determinação da área necessária para a transferência de calor.
Passo 2
Primeiro, precisamos converter a taxa de fluxo de água de kg/h para kg/s para facilitar os cálculos:
Passo 3
Em seguida, calculamos a quantidade de calor necessária para aquecer a água usando a fórmula:
Onde:
-
é a taxa de fluxo de massa, -
é a capacidade calorífica específica, -
é a variação de temperatura.
Substituindo os valores:
Passo 4
Agora, vamos determinar a área necessária do trocador de calor usando a equação de transferência de calor:
Onde:
-
é o coeficiente global de transferência de calor, -
é a área de transferência de calor, -
é a diferença de temperatura média logarítmica.
Primeiro, precisamos calcular
. Como a resistência da parede do tubo é negligenciada,
pode ser aproximado pelo coeficiente do filme no lado do vapor,
:
Passo 5
Calculamos a diferença de temperatura média logarítmica (
) para um trocador de calor em contrafluxo (assumindo que é o caso mais eficiente):
Substituindo os valores:
Passo 6
Agora, rearranjamos a equação de transferência de calor para encontrar a área
:
Substituindo os valores:
Resposta
O tamanho mínimo do trocador de calor necessário para aquecer a água até
é de aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Anilina é resfriada de
a
em um trocador de calor de tubo duplo tendo uma área total externa de
. Para o resfriamento dispõe-se de
de tolueno vapor à temperatura de
. O trocador consiste de um tubo de aço Schedule 40 de
in dentro de um outro tubo de aço Schedule 40 de 2 in . A anilina flui a uma taxa de
.
a) Se o fluxo é em contracorrente, qual a temperatura do tolueno na saída e o LMTD?
b) Quais os valores se o fluxo é em paralelo?
a) Se o fluxo é em contracorrente, qual a temperatura do tolueno na saída e o LMTD?
b) Quais os valores se o fluxo é em paralelo?
Calcular a temperatura na parede do tubo para o seguinte caso: tolueno aquecido a
externamente a um tubo de cobre BWG 16 de
in (19 mm) é resfriado com água a
. A resistência da parede pode ser desprezada. Dados:
.
Duas placas (1) e (2) são planas, paralelas e estão distanciadas de 3,0mm. A placa superior (1) se move com velocidade constante de 3,0m/s, enquanto que a placa inferior (2) é fixa. Se o espaço entre as placas for preenchido com óleo, cuja viscosidade cinemática é 0,0001
e a massa específica é de
, faça o esquema e determine a tensão de cisalhamento que atua no óleo.
Desenvolva um programa de computador, no Matlab, para calcular a massa específica de um gás perfeito a partir da pressão absoluta (Pa), da temperatura T (
) e da constante do gás (em
). Elabore um gráfico com o perfil da massa específica com a altura (considere a altura no topo do Evereste como exemplo).