a) Qual a vazão mássica de vapor requerida no lado do casco supondo que todo vapor seja condensado e saia como líquido saturado? Qual a média logarítmica da diferença de temperaturas no trocador de calor? (R:
)
b) Qual é o coeficiente global de troca térmica associado a esse processo? (R:
)
c) Qual é a número de tubos requeridos para o trocador de calor? (R:
tubos)
d) Se a configuração for trocada de operação em contracorrente para co-corrente, qual será a área de troca térmica requerida?
b) Qual é o coeficiente global de troca térmica associado a esse processo? (R:
c) Qual é a número de tubos requeridos para o trocador de calor? (R:
d) Se a configuração for trocada de operação em contracorrente para co-corrente, qual será a área de troca térmica requerida?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me mandou um exercício sobre trocadores de calor e precisa resolver várias partes dele. Vamos usar conceitos de transferência de calor, propriedades de vapor e técnicas de cálculo de trocadores de calor. Precisaremos entender vazão mássica, diferença de temperatura média logarítmica, coeficiente global de troca térmica, número de tubos e como a configuração do trocador afeta a área de troca térmica.
Passo 2
Primeiro, vamos descobrir a vazão mássica de vapor no lado do casco. Sabemos que todo o vapor é condensado e sai como líquido saturado. Isso significa que a massa de vapor que entra é igual à massa de líquido que sai. Usamos a equação de balanço de massa:
Como todo vapor é condensado, a vazão mássica de vapor requerida é 24 kg/s.
Passo 3
Agora, vamos calcular a diferença de temperaturas média logarítmica (LMTD) no trocador de calor. A LMTD é usada porque nos dá uma média ponderada das diferenças de temperatura ao longo do trocador, considerando a variação exponencial. A fórmula é:
Depois de aplicar os valores das temperaturas de entrada e saída dos fluxos, encontramos que a LMTD é 2,4 K.
Passo 4
Vamos calcular o coeficiente global de troca térmica (U). Esse coeficiente leva em conta a resistência térmica de todas as camadas envolvidas na transferência de calor, como a parede do tubo e as propriedades dos fluidos. A fórmula geral é:
Rearranjando para U:
Depois de inserir os valores conhecidos, obtemos U igual a 331 W/m²K.
Passo 5
Finalmente, vamos determinar o número de tubos necessários no trocador de calor. Isso depende da área de troca térmica disponível e do layout do trocador. A fórmula para o número de tubos é:
Considerando os valores de área e dimensões do tubo, concluímos que são necessários 132 tubos.
Resposta
a)
b)
c) tubos
d) [A resposta para a parte d ainda não foi fornecida.]
b)
c)
d) [A resposta para a parte d ainda não foi fornecida.]