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
:
Sabemos que a água entra a
e sai a
, então:
Substituindo os valores:
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:
-
, -
.
Passo 6
Agora, rearranjamos a fórmula para encontrar a área
:
Substituindo os valores:
Convertendo
de J/h para W (já que
e
):
Agora:
Arredondando, temos aproximadamente
.
Resposta
A vazão de água necessária é de 3.540 kg/h e a área do trocador de calor é de 5,1 m².
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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
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, 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? (
.