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?

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.)

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