Suco de laranja com concentração de Brix é resfriado em um trocador de calor de casco e tubos com área de troca de . O casco é atravessado uma vez com água de resfriamento que entra a e o suco percorre o lado dos tubos fazendo quatro passes. As vazões volumétricas de suco e de água são 1,2 e , respectivamente. Sensores de temperatura nos dutos de entrada e de saída forneceram os seguintes valores médios: e . Determine:
© a eficiência térmica;

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos um problema envolvendo um trocador de calor onde o suco de laranja está sendo resfriado por água. A matéria que vamos usar aqui é Transferência de Calor, especificamente o funcionamento de trocadores de calor de casco e tubos. Para resolver, vamos precisar conhecer as fórmulas de transferência de calor, capacidade térmica e eficiência térmica.

Passo 2

Primeiro, precisamos identificar as temperaturas de entrada e saída tanto do suco quanto da água. As temperaturas fornecidas são:
  • Suco entra a e sai a .
  • Água entra a e, como é um “atravessado uma vez”, assumimos que sai a (que vamos precisar determinar).

Passo 3

Vamos calcular a taxa de transferência de calor ( ) usando a mudança de temperatura do suco. A fórmula é:
Onde:
  • é a vazão mássica
  • é o calor específico
Mas como temos a vazão volumétrica ( ) e não a mássica, precisamos converter:
Assumindo que a densidade ( ) do suco é aproximadamente e o calor específico ( ) é :
Convertendo para segundos:
Agora, calculando :

Passo 4

A eficiência térmica ( ) do trocador de calor é a razão entre a transferência de calor real ( ) e a transferência de calor máxima possível ( ). Para encontrar , usamos:
Primeiro, identificamos qual é a menor vazão mássica. Aqui, a água tem uma vazão volumétrica de :
á
Como , .
Assumindo o mesmo para a água:
Agora, calculamos a eficiência térmica:

Resposta

A eficiência térmica do trocador de calor é de aproximadamente 73%.

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Suco de laranja com concentração de Brix é resfriado em um trocador de calor de casco e tubos com área de troca de . O casco é atravessado uma vez com água de resfriamento que entra a e o suco percorre o lado dos tubos fazendo quatro passes. As vazões volumétricas de suco e de água são 1,2 e , respectivamente. Sensores de temperatura nos dutos de entrada e de saída forneceram os seguintes valores médios: e . Determine:
(b) a carga térmica do trocador;
Um trocador de calor a placas deve resfriar solução de sacarose a uma temperatura de usando água gelada. As temperaturas de alimentação são (solução de sacarose) e (água). As vazões são 1,20 para a solução e a água, respectivamente. O trocador que será utilizado tem 23 placas térmicas ( 24 canais de escoamento) com arranjo de passes e entradas em lados opostos do pacote de placas, na posição
superior, sendo o escoamento contracorrente. As principais dimensões e características da placa são:
, .
As propriedades físicas médias da solução de sacarose Brix são:

.
As propriedades físicas médias da água são:

Determine:
a) os coeficientes convectivos de cada fluido;
O número de Bond é definido como a razào entre a foŗ̧a gravitacional e a força de tensao superficas
ande é a aceleraçato gravitacional, é a densidade do meio líquido, é a densidade do meio gasoso, é o comprimento característico e , é a tensão superficial (força por unidade de comprimento). Usando anailise dimensional. mostre que o número de Bond é de fato adimensional.
Suco de laranja com concentração de Brix é resfriado em um trocador de calor de casco e tubos com área de troca de . O casco é atravessado uma vez com água de resfriamento que entra a e o suco percorre o lado dos tubos fazendo quatro passes. As vazões volumétricas de suco e de água são 1,2 e , respectivamente. Sensores de temperatura nos dutos de entrada e de saída forneceram os seguintes valores médios: e . Determine:
(d) o coeficiente global de troca térmica limpo.