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):
áíááíá
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?
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).