Água é aquecida de
até
, circulando a velocidade média de
no tubo interno (diâmetro interno
, espessura
) de um trocador de calor de duplo tubo. A condutividade térmica do material de construção desse tubo é de
. O aquecimento é provido pela condensação de vapor d’água saturado à pressão absoluta de
, no espaço anular do trocador de calor. Adotar os seguintes valores para os coeficientes individuais de transporte de energia por convecção:
para escoamento da água no tubo e 15000
para condensação do vapor d’água e o valor de
para os fatores de incrustação da água e do vapor. Determine: (i) a carga térmica necessária; (ii) o coeficiente global de troca térmica do trocador limpo e sujo; (iii) compare o número de grampos necessários para o trocador limpo e sujo, sabendo-se que o comprimento do tubo do grampo é de
. (R: a)
; b)
; c) 2,75 grampos
grampos)
Passo 1
O enunciado trata de um permutador de calor de tubo duplo, em que a água aquece de
C a
C no tubo interno, com velocidade média de 1,0 m/s, diâmetro interno
e espessura de parede
. O aquecimento vem da condensação de vapor saturado a 475,8 kPa no espaço anular. Dados:
- Condutividade do tubo:
. - Coeficientes de convecção:
(água), (vapor). - Incrustação:
Vamos precisar de: balanço de energia para achar a carga térmica, somar resistências térmicas para obter limpo e sujo, e usar o LMTD para calcular o número de “grampos” (tubos) de comprimento m.
Passo 2
Calcular a carga térmica
usando
A vazão mássica é
, com
Com
e
K,
Passo 3
Determinar
para o trocador limpo (sem incrustação). A resistência térmica total por unidade de área (referida à superfície interna) é
onde a resistência do banho de parede, aproximada por espessura sobre condutividade, é
Logo
e
Passo 4
Determinar
para o trocador sujo (com incrustação). Agora
resultando em
Passo 5
Calcular o número de tubos necessários. A área de um grampo é
O LMTD, com temperatura de condensação
°C, é
O número de grampos é
Para o trocador limpo
:
Para o trocador sujo
:
Resposta
(i)
(ii)
(iii) tubos,
tubos.
(ii)
(iii)