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.

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:
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:
  • 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:
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:
áó
Onde:
  • á
  • 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 , 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).