Um trocador de calor de casco e tubo opera com dois passes no casco e quatro passes nos tubos. 0 fluido do casco é etileno glicol, que entra a e sai a , com vazão de . Água escoa pelo interior dos tubos entrando a e saindo a . Calcule a vazão de água necessária e a área do trocador de calor. O coeficiente global de transferência de calor para este arranjo é médio do etileno glicol é de da água para estas condições é de ). (R: 3.540 e ).

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de troca de calor! A gente vai usar conceitos de Transferência de Calor em Trocadores de Calor, especificamente para calcular a vazão de água necessária e a área do trocador de calor. Para isso, vamos precisar das informações fornecidas sobre as temperaturas, vazões, capacidades térmicas e o coeficiente global de transferência de calor.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a quantidade de calor que está sendo trocada no sistema. A quantidade de calor ( ) pode ser calculada usando a fórmula:
Onde:
  • é a vazão mássica,
  • é a capacidade térmica,
  • é a variação de temperatura.
Vamos calcular o calor cedido pelo etileno glicol.

Passo 3

Calculando a variação de temperatura do etileno glicol:
Agora, substituindo na fórmula:

Passo 4

Agora, vamos calcular a vazão de água necessária para absorver esse calor. Usamos a mesma fórmula rearranjada para :
á
Sabemos que a água entra a e sai a , então:
á
Substituindo os valores:
á
á
á

Passo 5

Agora que temos a vazão de água, vamos calcular a área do trocador de calor usando a fórmula da transferência de calor:
Onde:
  • é o coeficiente global de transferência de calor,
  • é a área do trocador,
  • é a diferença de temperatura logarítmica média.
Primeiro, vamos calcular a diferença de temperatura logarítmica média ( ) para um arranjo de fluxo cruzado com dois passes no casco e quatro nos tubos. Supondo que seja um arranjo contra fluxo, a pode ser calculada pela fórmula:
Onde:
  • áí,
  • íá.

Passo 6

Agora, rearranjamos a fórmula para encontrar a área :
Substituindo os valores:
²
Convertendo de J/h para W (já que e ):
Agora:
²
Arredondando, temos aproximadamente ².

Resposta

A vazão de água necessária é de 3.540 kg/h e a área do trocador de calor é de 5,1 m².

Exercícios relacionados

Utilizando Álgebra tensorial, calcular os resultados das operações a seguir em coordenadas cartesianas.
Um fluxo de de leite deve ser aquecido de para em um trocador de calor, usando de água a . Se o coeficiente global de transferência de calor é ), calcule a área do trocador requerida se os fluxos são: a) paralelo; b) contra corrente. Considere o
Utilizando Álgebra tensorial, calcular os resultados das operações a seguir em coordenadas cartesianas.
Um trocador de calor de calor de escoamentos cruzados e tubos aletados deve usar o gás de exaustão de uma turbina a gás para aquecer água pressurizada. Medidas em laboratório são efetuadas em uma versão protótipo do trocador, com área superficial de , para determinar o coeficiente global de transferência de calor como função das condições operacionais. Medidas efetuadas sob condições particulares, nas quais e , revelam uma temperatura de saída da água a . Qual é o valor do coeficiente global de transferência de calor do trocador? ( .