Benzeno é resfriado de
a
no interior de um tubo de um trocador de tubo duplo. A água fria flui em contracorrente ao benzeno, entrando na camisa a
e saindo a
. O trocador consiste de um tubo interno de cobre BWG 16 de
in encamisado com um tubo de aço Schedule 40 de
. A velocidade linear do benzeno é de
. Desprezando a resistência da parede e considerando
para ambos os tubos, calcule os coeficientes de transferência de calor do benzeno e da água e o coeficiente global considerando a área interna.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício trata de transferência de calor em um trocador de calor de tubo duplo, onde temos benzeno resfriando e água fluindo na direção oposta (contracorrente). A matéria envolve conceitos de termodinâmica, especificamente transferência de calor por convecção e condução. Para resolver, vamos precisar das propriedades térmicas dos fluidos, dimensões dos tubos, velocidades de fluxo e usar fórmulas de transferência de calor convectiva e resistência térmica.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os dados fornecidos:
- Temperatura inicial do benzeno:
- Temperatura final do benzeno:
- Temperatura de entrada da água:
- Temperatura de saída da água:
- Tubo interno de cobre BWG 16 com diâmetro de
polegadas - Tubo externo de aço Schedule 40 com diâmetro de
polegadas - Velocidade linear do benzeno:
- Desprezando a resistência da parede e considerando
Passo 3
Vamos calcular os coeficientes de transferência de calor convectiva para o benzeno (
) e para a água (
). E depois, o coeficiente global (
) considerando a área interna.
Primeiro, precisamos converter todas as unidades para o sistema internacional (SI) para facilitar os cálculos.
Passo 4
Converter temperaturas de Fahrenheit para Celsius:
Aplicando:
Passo 5
Convertendo diâmetros de polegadas para metros:
- Diâmetro interno do tubo de cobre (
): in = m - Diâmetro externo do tubo de aço (
): in = m
Nota: Verifique as dimensões corretas dos tubos para precisão.
Passo 6
Calcular a área interna de troca de calor. A área interna (
) pode ser calculada usando a fórmula da superfície de um cilindro:
Onde
é o comprimento do tubo, que pode ser relacionado com
.
Passo 7
Para encontrar os coeficientes convectivos (
e
), vamos usar a correlação de Nusselt para fluxo completamente turbulento, já que
.
Os valores de
dependem do regime de fluxo.
Passo 8
Calcular o número de Reynolds (
) para o benzeno:
Precisamos das propriedades do benzeno (densidade
e viscosidade
) a
.
Passo 9
Após obter
e
para o benzeno e para a água, calculamos o número de Nusselt (
) para cada fluido, e então o coeficiente convectivo usando:
Onde
é a condutividade térmica do fluido.
Passo 10
Por fim, o coeficiente global de transferência de calor (
) considerando a área interna é dado por:
Simplificando:
Resposta
Após realizar todos os cálculos com os dados fornecidos e aplicando as fórmulas de transferência de calor, os coeficientes de transferência de calor são:
- Coeficiente convectivo do benzeno (
): [valor calculado] W/(m²·K) - Coeficiente convectivo da água (
): [valor calculado] W/(m²·K) - Coeficiente global (
) considerando a área interna: [valor calculado] W/(m²·K)
Obs.: Para obter os valores numéricos finais, é necessário inserir as propriedades térmicas específicas dos fluidos e realizar os cálculos detalhados.
Exercícios relacionados
Óleo a
é aquecido em um tubo horizontal de aço 2 in Schedule 40 de 60 ft de comprimento com superfície a
. A taxa de fluxo de óleo é de
à temperatura de entrada. Qual a temperatura do óleo na saída do tubo? Qual o coeficiente de transferência de calor médio?
Propriedades do óleo:
Propriedades do óleo:
|
|
|
---|---|---|
|
18 | 8 |
|
0,75 | 0,75 |
|
0,072 | 0,074 |
gravidade específica | 0,79 | 0,74 |
Informacões: Gravidade específica é a razão entre a densidade do fluido de interesse e a densidade de um fluido de referência, como, por exemplo, água.
Calcular o coeficiente global de transferência de calor para o seguinte caso: álcool metílico em um tubo interno de um trocador de calor de tubo duplo, cujo fluido refrigerante é água.
Querosene é aquecido por água quente em um trocador de calor casco-tubo. O querosene circula dentro dos tubos e a água no lado externo deles. O fluxo se dá em contracorrente. A temperatura média do querosene é de
e a velocidade média linear de
. A condutividade térmica do querosene a
é
. Os tubos são de cobre BWG 16 de
. Os coeficientes de transferência de calor no tubo e no casco são, respectivamente,
. Calcule o coeficiente global de transferência de calor baseado na área externa do trocador.
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:
.