Em um trocador de calor duplo tubo
de água (
) é aquecida de
para
. O fluido quente é óleo e o coeficiente global de transferência de calor para o trocador é
. Determine a área de troca de calor, se o óleo entra a
e sai a
.
Passo 1
Beleza, então a gente tem um trocador de calor de duplo tubo onde a água está sendo aquecida. A água tem uma massa de 0,15 kg/s e sua capacidade térmica específica é
. Ela sobe de 40°C para 80°C. O fluido quente é óleo, que entra a 105°C e sai a 70°C. O coeficiente global de transferência de calor é
. A gente precisa descobrir a área de troca de calor desse trocador. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor como capacidade térmica, diferença de temperatura e a fórmula geral para troca de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor que a água está absorvendo. A fórmula é:
Onde:
-
é a massa de água por segundo. -
é a capacidade térmica específica da água. -
é a variação de temperatura da água.
Calculando:
Passo 3
Agora, precisamos calcular a diferença m��dia de temperatura (LMTD - Log Mean Temperature Difference). Assumindo que o fluxo é contracorrente, a fórmula do LMTD é:
Onde:
Como a diferença não pode ser negativa, consideramos o valor absoluto:
Calculando o LMTD:
Passo 4
Com o valor do calor
e o
, podemos usar a fórmula de troca de calor para encontrar a área
:
Rearranjando para
:
Substituindo os valores:
Resposta
A área de troca de calor necessária é aproximadamente
.
Exercícios relacionados
Simplifique, e escreva, a equação da conservação da espécie A em coordenadas cilíndricas quando aplicada a transferência de massa unidimensional radial, em estado não estacionário, e sem geração ou consumo do componente A. Repita a simplificação, agora para transferência unidimensional longitudinal (ao longo de z) e em estado estacionário.
É desejável aquecer
de benzeno
de 80 a
utilizando tolueno (
, o qual é resfriado de 160 para
. Um fator de fuligem de 0,001 deve ser considerado para cada fluxo e o coeficiente global de transferência de calor a) Qual a vazão de tolueno necessária?
Escreva a equação geral de transferência de massa, em um sistema binário (componentes A e B) para o fluxo de componente A em relação a um referencial fixo que leva em conta as contribuições difusiva e convectiva (advecção) para um dado componente A. Escreva a relação entre a contribuição difusiva
e o fluxo em relação ao referencial estacionário
quando o fluxo em relação a um referencial estacionário do componente A for três vezes maior, e em direção oposta, ao do componente B .
Suponha que o processo seja realizado em duas etapas: uma etapa rápida na qual uma quantidade desprezível de calor é trocada com as vizinhanças, seguindo de uma etapa lenta na qual o gás retorna a 300 C . Considerando o sistema sendo o gás, escreva o balanço de energia para a etapa 1 e a etapa 2, e o balanço global do processo. Em todos os casos, despreze a variação de energia cinética e potencial molecular. Se a energia interna varia proporcionalmente com a temperatura, a temperatura do gás aumentará ou diminuirá na etapa 1? Explique sucintamente sua resposta.