Em am laticínio pretende-se produzir leite longa vida utilizando-se um trocador de calor casco-tubo, com tubos em aço Schedule 40 de . O leite entra no trocador a uma velocidade de , a temperatura de , e sai, após o tratamento térmico, a . Neste processo é usado vapor da) O coeficiente de transferência de calor interno.
b) O coeficiente global de transferência de calor considerando uma área de livre escolha (interna ou externa).
Propriedades do leite a sua temperatura média:

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre transferência de calor em um trocador de calor casco-tubo usado para produzir leite longa vida. O leite entra na máquina a 8°C e sai a 150°C, passando por tubos de aço. Vamos precisar usar conceitos de transferência de calor, propriedades do fluido (no caso, o leite), e aplicar equações para encontrar os coeficientes de transferência de calor interno e global.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o coeficiente de transferência de calor interno ( ). Ele mede quão bem o calor está sendo transferido do interior dos tubos (onde está o leite) para a parede do tubo. Para calcular isso, usamos a equação de Nusselt ( ) que relaciona o coeficiente de transferência de calor com propriedades do fluido.

Passo 3

A equação para o coeficiente interno de transferência de calor é:
Onde:
  • é o número de Nusselt,
  • é a condutividade térmica do leite,
  • é o diâmetro hidráulico dos tubos.
Precisamos encontrar primeiro.

Passo 4

Para fluxo turbulento dentro dos tubos, o número de Nusselt pode ser estimado pela correlação de Dittus-Boelter:
Onde:
  • é o número de Reynolds,
  • é o número de Prandtl,
  • para aquecimento.

Passo 5

Vamos calcular e :
Dados:
  • (convertendo polegadas para metros)
  • (convertendo kJ para J)

Passo 6

Calculando :
Como , o fluxo é turbulento, válido para a correlação de Dittus-Boelter.
Calculando :

Passo 7

Agora, aplicando na equação de Nusselt:
Calculando passo a passo:
Então,

Passo 8

Agora, calculamos :

Resposta

a) O coeficiente de transferência de calor interno ( ) é aproximadamente .

Exercícios relacionados

Uma linha de vapor circula em uma indústria de produção de suco concentrado. Deseja-se saber a quantidade de calor perdida para o ambiente ao longo da tubulação (por metro de tubo), se vapor saturado a 1 atm circula internamente a um tubo de aço Schedule 40 de , cuja condutividade térmica é de , e a temperatura no ambiente externo é de . Um revestimento de lã de vidro de é usado para diminuir a perda de calor ( ). Além da perda de calor, calcule a temperatura na interface entre a tubulação e a camada de isolante. Suponha que a temperatura na parede interna é igual à do vapor saturado.
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Um trocador de calor casco tubo passes é usado para aquecer de leite que está a , para tanto se utiliza uma corrente de de água que entra no trocador a . Calcule a temperatura de saída do leite e a média logarítmica da diferença de temperatura corrigida.
Dados: Á.
Boa Prova!!!
O coeficiente ou fator de atrito no escoamento turbulento depende de:
(a) ;
(b) v, D, ;
© Q, L, ;
(d) ;
(e) nenhuma das respostas anteriores.