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.
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que a questão está pedindo. Temos um trocador de calor bitubular com configuração contracorrente usado para processar um fluido farmacêutico. Precisamos encontrar o coeficiente convectivo desse produto farmacêutico. Para isso, vamos precisar de conceitos de transferência de calor, especialmente a transferência convectiva, além de usar fórmulas envolvendo fluxo de calor e propriedades dos fluidos.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os dados que temos:
- Diâmetro interno do tubo do fluido farmacêutico (
) = 12 mm = 0,012 m - Vazão mássica do fluido farmacêutico (
) = 0,1 kg/s - Temperatura de entrada do fluido farmacêutico (
) = 20°C - Comprimento do trocador (
) = 3 m - Diâmetro externo do tubo de água (
) = 48 mm = 0,048 m - Vazão mássica da água (
) = 0,01 kg/s - Temperatura de entrada da água (
) = 60°C - Temperatura de saída da água (
) = 30°C
Passo 3
Vamos calcular a capacidade térmica da água. A capacidade térmica (
) é dada por:
Onde:
-
é a vazão mássica -
é a capacidade calorífica da água (aproximadamente 4186 J/kg·°C)
Calculando:
Passo 4
Agora, o fluxo de calor (
) transferido pela água pode ser calculado pela variação de temperatura:
Passo 5
Sabemos que o fluxo de calor também pode ser expresso pela fórmula de transferência convectiva:
Onde:
-
é o coeficiente convectivo do fluido farmacêutico (o que queremos encontrar) -
é a área de transferência de calor -
é a diferença de temperatura logarítmica média
Vamos primeiro calcular a área
.
Passo 6
A área superficial para transferência de calor em um tubo é dada por:
Substituindo os valores:
Passo 7
Agora, calculamos a diferença de temperatura logarítmica média (
) para fluxo contracorrente:
Mas primeiro precisamos determinar a temperatura de saída do fluido farmacêutico (
). Como o fluxo de calor é o mesmo, podemos usar:
Assumindo que
é igual a
da água para simplificação (se não for dado):
Passo 8
Agora, calculando
:
Passo 9
Finalmente, isolamos
na equação do fluxo de calor:
Resposta
O coeficiente convectivo do produto farmacêutico é aproximadamente 539 W/m²·°C.
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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:
(b) Balanço de energia.
(b) Balanço de energia.
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:
(g) Coeficiente global de transferência de calor .
Considere: Propriedades da Água: ;
. Propriedades do produto farmacêutico:
(g) Coeficiente global de transferência de calor
Considere: Propriedades da Água:
Água a
escoa sobre uma superfície plana, de
de comprimento e
de largura, mantida a
. A velocidade da corrente livre é igual a
. Determine: a) o coeficiente convectivo global;