Um trocador de calor casco e tubos (1 passe no casco, 2 passes nos tubos) deve ser usado para condensar de vapor de água saturado a . A condensação ocorre na superfície externa dos tubos e o coeficiente convectivo correspondente é de . A temperatura da água de resfriamento entrando nos tubos é de , enquanto a temperatura de saída não deve ser superior a . São especificados tubos de de diâmetro com parede delgada e a velocidade média do escoamento da água através dos tubos deve ser mantida a .

(a) Qual é o número mínimo de tubos que deve ser usado e qual é o comprimento dos tubos por passe correspondente?

(b) Para reduzir o tamanho do trocador, é proposto o aumento do coeficiente convectivo no lado da água com a inserção de uma malha de fios nos tubos. Se a malha aumentar o coeficiente convectivo por um fator igual a dois, qual é o novo comprimento dos tubos por passe requerido?

Letra a)

A taxa de calor necessária e o aumento de temperatura máxima de água permitida determinada pela taxa de fluxo mínima permitida. Ou seja, com:

Vazão de água fria mínima:

Com uma taxa de fluxo de água fria específica por tubo:

Assim, o número mínimo de tubos que deve ser usado é:

Para determinar o comprimento do tubo correspondente, devemos primeiro encontrar a área de superfície de transferência de calor necessária.

Calculando o número de Reynolds:

Calculando o coeficiente de convecção interno pela correlação de Dittus-Boelter:

Calculando o coeficiente geral:

Com:

Calculando :

Calculando a eficiência:

Calculando :

Calculando o comprimento dos tubos por passe correspondente:

Bora pra letra (b)!

Letra b)

Se o coeficiente de convecção do lado do tubo for dobrado, teremos:

Calculando o novo coeficiente geral:

Calculando o novo comprimento dos tubos por passe requerido:

Ufa, acabamos a nossa questão!

Até a próxima!