Em um trocador de calor multitubular (TC-1.2), água (
) com coeficiente de convecção
passa pelo casco em passe único, enquanto que óleo (
) com coeficiente de convecção 114
dá dois passes pelos tubos. A água flui a
e é aquecida de
para
por óleo que entra a
e deixa o trocador a
. Considerando fator fuligem de 0,001 para a água e de 0,003 para o óleo, pede-se
b) A área de troca de calor necessária para o trocador.
b) A área de troca de calor necessária para o trocador.
Passo 1
Entendendo o problema e o que vamos precisar para resolver
Então, temos um trocador de calor multitubular onde água e óleo trocam calor. A água está passando pelo casco do trocador e o óleo está passando pelos tubos. Nosso objetivo aqui é descobrir qual a área necessária para essa troca de calor ocorrer de forma eficiente.
Conteúdo da matéria:
- Transferência de calor em trocadores
- Cálculo de área de troca de calor
- Propriedades termofísicas dos fluidos
- Fatores de fuligem que afetam a transferência de calor
O que vamos precisar:
- Propriedades dos fluidos: capacidade calorífica, coeficiente de convecção.
- Dados das temperaturas e fluxo de massa.
- Fatores de fuligem para ajustar a transferência de calor devido a sujeiras ou impurezas.
- Fórmulas de transferência de calor para calcular a área necessária.
Passo 2
Calculando a taxa de transferência de calor (Q) para a água e para o óleo
Primeiro, precisamos saber quanta energia está sendo transferida da água para o óleo. Usamos a fórmula:
Onde:
-
é a massa de fluido por unidade de tempo (kg/min) -
é a capacidade calorífica (kJ/kg.K) -
é a variação de temperatura (°C)
Para a água:
Convertendo a massa para kg/s para facilitar as unidades:
Calculando Q para a água:
Para o óleo:
Sabemos que a água ganha calor, então o óleo perde a mesma quantidade.
Sabemos que a água ganha calor, então o óleo perde a mesma quantidade.
Passo 3
Calculando a diferença de temperatura média logarítmica (ΔT<sub>lm</sub>)
A diferença de temperatura média logarítmica é essencial para determinar a eficiência da transferência de calor em trocadores. A fórmula é:
Onde:
-
e são as temperaturas de entrada e saída do fluido quente (óleo). -
e são as temperaturas de entrada e saída do fluido frio (água).
Dados:
- Óleo entra a
e sai a . - Água entra a
e sai a .
Aplicando na fórmula:
Passo 4
Calculando o número global de transferência de calor (U)
O número global de transferência de calor depende dos coeficientes de convecção dos dois fluidos e dos fatores de fuligem.
A fórmula é:
Onde:
-
-
-
é a resistência de fuligem total, calculada como
Calculando
:
Passo 5
Calculando a área de troca de calor necessária (A)
Agora que temos
,
e
, podemos usar a fórmula da transferência de calor:
Rearranjando para encontrar
:
Substituindo os valores:
Resposta
A área de troca de calor necessária para o trocador é aproximadamente 17,47 m².
Exercícios relacionados
Em um trocador casco-tubos ( TC- 1.2 ),
de água
é aquecida de
para
, em dois passes pelo casco, por
de óleo (
) que deixa o trocador a
, após um passe pelos tubos. Ao óleo está associado um coeficiente de convecção de
e um fator fuligem de 0,005 e à água está associado um coeficiente de convecção de
F e um fator fuligem de 0,002 . Determine o número de tubos de
de diâmetro externo e 6 ft de comprimento necessários para o trocador.
Supondo que você não dispusesse dos dados experimentais supracitados, sendo dadas as pressões de vapor do
-pentano e do
-hexano (pressão de vapor do
-pentano a
é 99,63 kPa e a pressão de vapor do
-hexano a
é
), e assumindo que a lei de Raoult seja uma adequada descrição do equilíbrio líquido-vapor (ELV) das misturas
-pentano/
-hexano, calcule: (i) A pressão de ponto de bolha e a composição da fase vapor para a mistura líquida com composição
-heptano
a
; (ii) A pressão de ponto de orvalho e a composição da fase líquida para a mistura vapor com composição
a
.
Em um trocador TC-1.1, constrúído com 460 tubos de 6 m de comprimento diâmetro externo de
,
de óleo (
) é resfriado de
para
, por meio de água
cuja temperatura varia
ao passar pelo trocador. O óleo passa pelos tubos e tem coeficiente de película de
e a água, que passa pelo casco, tem coeficiente de película de
. Está previsto um fator fuligem de 0,013 . Pede-se as temperaturas de entrada e saída da água.
Explique fisicamente o motivo da diferença entre os resultados para o item c) e para o item d).