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.

Passo 1

Então, vamos lá! A gente tem um exercício sobre transferência de calor em um trocador de calor casco-tubo. A ideia é calcular o coeficiente global de transferência de calor baseado na área externa do trocador. Para isso, vamos precisar entender conceitos de condutividade térmica e coeficientes de transferência de calor tanto no tubo quanto no casco. Vamos usar fórmulas que relacionam essas propriedades para encontrar o valor que a gente precisa.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o coeficiente global de transferência de calor, , é influenciado por três resistências térmicas principais:
  1. Resistência pela convecção no interior dos tubos ( )
  2. Resistência pela condução através da parede do tubo ( )
  3. Resistência pela convecção no exterior dos tubos ( )
Aqui:
  • é o coeficiente de transferência de calor no interior do tubo (tubo-side)
  • é o coeficiente de transferência de calor no exterior do tubo (casco-side)
  • é a espessura da parede do tubo
  • é a condutividade térmica do material da parede do tubo
A fórmula para o coeficiente global de transferência de calor é:

Passo 3

Vamos identificar e converter os dados fornecidos para as unidades consistentes. Temos:
  • Coeficiente de transferência no tubo,
  • Coeficiente de transferência no casco,
  • Condutividade térmica do cobre,
  • Diâmetro do tubo, . Vamos converter para pés:
  • Espessura da parede do tubo: Para o calibre BWG 16, a espessura é aproximadamente 0,065 polegadas. Convertendo para pés:

Passo 4

Agora, vamos calcular cada uma das resistências térmicas:
  1. Resistência pela convecção no interior dos tubos:
  1. Resistência pela condução através da parede do tubo:
  1. Resistência pela convecção no exterior dos tubos:

Passo 5

Agora, somamos todas essas resistências para encontrar :
Para encontrar o coeficiente global de transferência de calor , fazemos o inverso:

Resposta

O coeficiente global de transferência de calor baseado na área externa do trocador é aproximadamente 14,7 Btu·ft⁻²·h⁻¹·°F⁻¹.

Exercícios relacionados

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.
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:
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 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: .
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?