Um trocador de calor bitubular com configuração contracorrente é utilizado para o processamento de um fluido farmacêutico. O produto farmacêutico escoa pela tubulação interna (
) com uma vazão mássica de
, e com uma temperatura de entrada de
. Água escoa na região anular (
) entre os tubos com uma vazão mássica de
e com uma temperatura de entrada de
e temperatura de saída de
. A tubulação encontra-se termicamente isolada e tem um comprimento
. Determine com as respectivas unidades:
(b) Balanço de energia.
(b) Balanço de energia.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um trocador de calor bitubular com configuração contracorrente usado para processar um fluido farmacêutico. O enunciado dá informações sobre as vazões, temperaturas e dimensões das tubulações internas e externas. A matéria que vamos usar aqui é o balanço de energia em sistemas de troca de calor. Para resolver isso, precisamos entender como a energia é transferida entre os dois fluidos sem que haja perdas para o ambiente, já que a tubulação está isolada termicamente.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é um balanço de energia. Basicamente, ele diz que a energia que sai de um lado do sistema deve ser igual à energia que entra no outro lado, já que não há perda de calor para o ambiente.
Matematicamente, isso fica:
Ou seja:
Onde:
-
é a vazão mássica, -
é a capacidade térmica específica, -
são as temperaturas.
Passo 3
Agora, vamos organizar as informações que temos:
Para o fluido farmacêutico:
- Vazão mássica (
) = 0,1 kg/s - Temperatura de entrada (
) = 20°C - Precisamos encontrar a temperatura de saída (
)
Para a água:
- Vazão mássica (
) = 0,01 kg/s - Temperatura de entrada (
) = 60°C - Temperatura de saída (
) = 30°C
Assumindo que as capacidades térmicas específicas (
e
) são constantes e conhecidas (geralmente consultadas em tabelas específicas para cada fluido), mas como não foram fornecidas, vamos prosseguir simbolicamente.
Passo 4
Substituindo os valores na equação do balanço de energia:
Simplificando:
Passo 5
Agora, isolamos
:
Passo 6
Então, a temperatura de saída do fluido farmacêutico (
) depende das capacidades térmicas específicas dos dois fluidos. Se tivermos os valores de
e
, podemos calcular exatamente
.
Resposta
O balanço de energia resulta na relação:
Isso significa que a temperatura de saída do fluido farmacêutico depende das capacidades térmicas específicas da água (
) e do próprio fluido farmacêutico (
).
Exercícios relacionados
Água a
escoa sobre uma superfície plana, de
de comprimento e
de largura, mantida a
. A velocidade da corrente livre é igual a
. Determine: b) as espessuras da camada limite fluidodinâmica e térmica na posição
. (Considere
)
Um trocador de calor bitubular com configuração contracorrente é utilizado para o processamento de um fluido farmacêutico. O produto farmacêutico escoa pela tubulação interna (
) com uma vazão mássica de
, e com uma temperatura de entrada de
. Água escoa na região anular (
) entre os tubos com uma vazão mássica de
e com uma temperatura de entrada de
e temperatura de saída de
. A tubulação encontra-se termicamente isolada e tem um comprimento
. Determine com as respectivas unidades:
(d) Média logarítmica da temperatura indicando e explicando e
.
(d) Média logarítmica da temperatura indicando e explicando
Um trocador de calor bitubular com configuração contracorrente é utilizado para o processamento de um fluido farmacêutico. O produto farmacêutico escoa pela tubulação interna (
) com uma vazão mássica de
, e com uma temperatura de entrada de
. Água escoa na região anular (
) entre os tubos com uma vazão mássica de
e com uma temperatura de entrada de
e temperatura de saída de
. A tubulação encontra-se termicamente isolada e tem um comprimento
. Determine com as respectivas unidades:
(e) Coeficiente convectivo do produto farmacêutico.
(e) Coeficiente convectivo do produto farmacêutico.