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?
Passo 1
Vamos resumir o que a questão pede e identificar o conteúdo que vamos usar. Temos um trocador de calor onde a anilina está sendo resfriada de
para
. Para isso, usamos tolueno vapor a
. Precisamos calcular a temperatura de saída do tolueno e o LMTD (Diferença de Temperatura Média Logarítmica) para dois tipos de fluxo: contracorrente e paralelo. Vamos usar conceitos de transferência de calor e fórmulas de LMTD para resolver.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que no trocador de calor, a quantidade de calor perdida pela anilina é igual à quantidade de calor ganha pelo tolueno. A fórmula básica de transferência de calor é:
onde:
-
é a taxa de transferência de calor, -
é a massa, -
é a capacidade calorífica, -
é a variação de temperatura.
Passo 3
Precisamos das capacidades caloríficas da anilina e do tolueno. Supondo que:
-
da anilina = 0,5 BTU/(lb·°F) -
do tolueno = 0,4 BTU/(lb·°F)
(Obs: Esses valores são exemplos; valores reais devem ser consultados em tabelas de propriedades.)
Passo 4
Calculemos a taxa de transferência de calor da anilina:
Substituindo os valores:
Passo 5
Assumindo que todo o calor perdido pela anilina é ganho pelo tolueno:
Substituindo:
Resolvendo para
:
Passo 6
Agora, vamos calcular o LMTD. A fórmula geral é:
onde:
Para fluxo contracorrente:
Calculando as diferenças:
Aplicando na fórmula do LMTD:
Resposta
a) No fluxo contracorrente, a temperatura do tolueno na saída é aproximadamente
e o LMTD é
.
b) (A resolução do item b seria similar, adaptando para fluxo paralelo.)