Em um trocador de calor multitubular (TC-1.2), água ( Cp=4,188 KJ / Kg K ) com coeficiente de convecção 73,8 W / m^2 K passa pelo casco em passe único, enquanto que óleo ( Cp=1,897 KJ / Kg K ) com coeficiente de convecção 114 W / m^2 K dá dois passes pelos tubos. A água flui a 23 Kg / min e é aquecida de 13^circ C para 35^circ C por óleo que entra a 94^circ C e deixa o trocador a 60^circ C. 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.

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:
  1. Propriedades dos fluidos: capacidade calorífica, coeficiente de convecção.
  2. Dados das temperaturas e fluxo de massa.
  3. Fatores de fuligem para ajustar a transferência de calor devido a sujeiras ou impurezas.
  4. 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:
Q = dotm cdot Cp cdot De
Onde:
  • dotmágua = 2360 , kg/s approx 0,383 , kg/s é a massa de fluido por unidade de tempo (kg/min)
  • Qágua = 0,383 , kg/s times 4188 , J/kgK times 22 , K approx 35.169 , W é a capacidade calorífica (kJ/kg.K)
  • Qó<=o = Qágua = 35.169 , W é a variação de temperatura (°C)
Para a água:
  • á
  • á
  • á
Convertendo a massa para kg/s para facilitar as unidades:
á
Calculando Q para a água:
á
Para o óleo:
Sabemos que a água ganha calor, então o óleo perde a mesma quantidade.
óá

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:
De
Onde:
  • De 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:
1U = 1hágua + 1hó<=o + Rf áó
Onde:
  • 1U = 173,8 + 1114 + 0,004 = 0,01356 + 0,00877 + 0,004 = 0,02633 , m^2K/W á
  • U = 10,02633 approx 38,04 , W/m^2K ó
  • é a resistência de fuligem total, calculada como áó
Calculando :

Passo 5

Calculando a área de troca de calor necessária (A)
Agora que temos Q = U times A times De, A = QU times De e A = 35.169 , W38,04 , W/m^2K times 52,87 , K approx 35.1692.012 approx 17,47 , m^2 , 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.

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