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:
(e) o coeficiente global de troca térmica sujo. Adote para a água e o suco, respectivamente.
Propriedades médias para o suco de laranja Brix: .
Propriedades médias para a água de resfriamento: .
espessura: 5 mm
h frio quente

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Temos um problema de troca térmica onde um suco de laranja com uma concentração de 20° Brix está sendo resfriado usando um trocador de calor de casco e tubos. Precisamos determinar o coeficiente global de troca térmica ( ). Para isso, vamos precisar entender conceitos de transferência de calor, calcular a taxa de transferência de calor ( ) e a diferença de temperatura logarítmica média ( ). Além disso, vamos considerar as resistências térmicas dos fluidos envolvidos.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a taxa de transferência de calor ( ) usando a informação do suco de laranja. A fórmula para é:
Onde:
  • é a vazão mássica.
  • é a capacidade calorífica específica.
  • é a variação de temperatura.
Mas nós temos a vazão volumétrica ( ), então precisamos converter para vazão mássica usando a densidade ( ):
Para o suco de laranja:
Convertendo a vazão volumétrica para vazão mássica:
Convertendo para kg/s:
Agora calculamos :

Passo 3

Agora, vamos calcular a diferença de temperatura logarítmica média ( ). Como o fluxo é do tipo contracorrente (suco e água passando em direções opostas), usamos a fórmula:
Onde:
  • precisamos calcular.
Primeiro, precisamos encontrar a temperatura de saída da água. Vamos usar a mesma fórmula de para a água:
ááá
Onde:
  • á
  • á
  • á
Convertendo a vazão volumétrica para mássica:
á
Agora, rearranjamos para achar á:
ááá
Então, a temperatura de saída da água:
á
Agora, calculamos :

Passo 4

Agora, vamos usar a fórmula da transferência de calor para encontrar o coeficiente global de troca térmica ( ):
Onde:
Isolando :

Passo 5

No entanto, precisamos considerar as resistências térmicas dos fluidos. A relação é dada por:
á
Onde:
  • á
Somando as resistências:
Agora, isolando :

Resposta

O coeficiente global de troca térmica é de aproximadamente .

Exercícios relacionados

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.
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.
Os dados a seguir referem-se a parâmetros necessários ao dimensionamento de um sistema de recalque.
  • Cota do nível da água na captação
  • Cota de água no reservatório superior
  • Altitude da casa de bomba
  • Cota no eixo da bomba
  • Comprimento da canalização de sucção
  • Comprimento da canalização de recalque
  • Volume de água a ser bombeado diariamente
  • Tempo previsto para funcionamento da bomba
  • Material da tubulação rígido
  • Acessórios:
Sucção K
Uma válvula de pé com crivo 1,75
Uma curva de 90 graus de raio <br> longo 0,30
Recalque Uma válvula de retenção tipo 2,50
leve
Um registro de gaveta 0,20
Duas curvas de 90 0,30
  • Usar velocidade em torno de para o cálculo do diâmetro de recalque.
  • Usar Hazen-Williams para o cálculo das perdas de carga normais.
  • Usar a expressão geral hfl para o cálculo das perdas localizadas.
    Pede-se:
    a) Diâmetro da tubulação de recalque.
    b) Diâmetro da tubulação de sucção.
    c) A altura manométrica total.
    d) Escolher bomba de 1750 RPM (tipo, diâmetro do rotor, rendimento, potência absorvida).
    e) Escolher potencial nominal do motor elétrico.
    f) Verificar os riscos de cavitação através dos valores de Hs (Considerar água a ).
Dois fatores que são determinantes no comportamento em fluência de matérias são:
(a) tamanho de grão e
(b) partículas de segunda fase.
Analise, com base na teoria das discordâncias, a influência destes fatores.