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: dotm vap =0, 2 4 k g / s )
b) Qual é o coeficiente global de troca térmica associado a esse processo? (R: U= 331 W / m^2 K )
c) Qual é a número de tubos requeridos para o trocador de calor? (R: n=1 3 2 tubos)
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:
dotmvap = dotmliq
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:
De
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:
Q = U cdot A cdot De
Rearranjando para U:
U = QA cdot De
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:
n = Api cdot d cdot L
Considerando os valores de área e dimensões do tubo, concluímos que são necessários 132 tubos.

Resposta

a) dotmvap = 24 , kg/s
b) U = 331 , W/m^2K
c) n = 132 tubos
d) [A resposta para a parte d ainda não foi fornecida.]

Exercícios relacionados