Um trocador de calor bitubular com comprimento
é usado para processar termicamente um produto farmacêutico escoando com uma vazão mássica de
, com uma temperatura de entrada de
. 0 tubo interno, com diâmetro
, tem parede delgada e a parte externa do tubo externo (
) encontra-se termicamente isolada. Água escoa na região anular entre os tubos com uma vazão mássica de
e com uma temperatura de entrada de
temperatura de saída de
. Propriedades da Água:
987,9
;Propriedades do produto farmacêutico:
;
(a) Determine a temperatura média na saída do produto farmacêutico com o trocador operando em contracorrente.
(b) Determinar o coeficiente convectivo da água e do produto farmacêutico.
© Determine o valor do coeficiente global de transferência de calor
.
(a) Determine a temperatura média na saída do produto farmacêutico com o trocador operando em contracorrente.
(b) Determinar o coeficiente convectivo da água e do produto farmacêutico.
© Determine o valor do coeficiente global de transferência de calor
Passo 1
Então, temos um exercício sobre trocadores de calor, que são usados para transferir calor entre dois fluidos sem que eles se misturem. Precisamos calcular três coisas aqui:
a) A temperatura média na saída do produto farmacêutico quando o trocador está operando em contracorrente.
b) Os coeficientes convectivos da água e do produto farmacêutico.
c) O coeficiente global de transferência de calor
.
Vamos usar conceitos de transferência de calor, como capacidade térmica, equações de equilíbrio de energia e propriedades dos fluidos envolvidos.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor transferida. Para isso, usamos a equação básica de transferência de calor:
Onde:
-
é a quantidade de calor, -
é a vazão mássica, -
é a capacidade térmica específica, -
é a variação de temperatura.
Passo 3
Vamos calcular o calor perdido pela água e o calor ganho pelo produto farmacêutico. Como estamos em equilíbrio, esses dois valores devem ser iguais.
Para a água:
Substituindo os valores:
Passo 4
Agora, o calor ganho pelo produto farmacêutico é igual ao calor perdido pela água:
Usando novamente a equação de transferência de calor para o produto:
Queremos encontrar
, então rearranjamos a equação:
Substituindo os valores:
Resposta
a) A temperatura média na saída do produto farmacêutico é aproximadamente 28,95°C.