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:
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre um trocador de calor bitubular em contracorrente usado para processar um fluido farmacêutico. Precisamos encontrar o coeficiente global de transferência de calor (
). Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor em trocadores, como balanço de energia e cálculo das resistências térmicas.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as informações dadas:
-
Fluído farmacêutico (interno):
- Diâmetro interno (
) = 12 mm = 0,012 m - Vazão mássica (
) = 0,1 kg/s - Temperatura de entrada (
) = 20°C
- Diâmetro interno (
-
Água (anular externo):
- Diâmetro externo (
) = 48 mm = 0,048 m - Vazão mássica (
) = 0,01 kg/s - Temperatura de entrada (
) = 60°C - Temperatura de saída (
) = 30°C
- Diâmetro externo (
-
Outros dados:
- Comprimento (
) = 3 m - Propriedades da água e do fluido farmacêutico são fornecidas.
- Comprimento (
Passo 3
Vamos usar a equação de balanço de energia para trocadores de calor:
Onde:
-
é a taxa de transferência de calor -
é o coeficiente global de transferência de calor -
é a área de troca térmica -
é a diferença de temperatura logarítmica média
Nosso objetivo é encontrar
, então vamos reorganizar a equação:
Passo 4
Primeiro, precisamos calcular
, a taxa de transferência de calor. Podemos usar a equação:
Vamos calcular
para o fluido farmacêutico e para a água e igualar, já que em ideal há conservação de energia.
Para o fluido farmacêutico:
Mas notamos que
não está dado. Vamos usar a água para encontrar
.
Para a água:
Então,
Passo 5
Agora, vamos calcular a área de troca térmica
. Em um trocador de calor bitubular, a área é dada por:
Onde:
-
é o diâmetro interno do tubo interno -
é o comprimento
Passo 6
Agora, vamos calcular a diferença de temperatura logarítmica média (
). Em contracorrente, a fórmula é:
Mas como não temos
, vamos supor que o fluido farmacêutico troca toda a energia disponível com a água, mantendo a conservação de energia. Então, podemos relacionar as temperaturas.
Vamos rearranjar para encontrar
:
Agora, calculamos
:
Passo 7
Agora que temos
,
e
, podemos encontrar
:
Resposta
O coeficiente global de transferência de calor
é aproximadamente 558 W/m²·K.
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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:
(e) Coeficiente convectivo do produto farmacêutico.
(e) Coeficiente convectivo do produto farmacêutico.
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
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;