Água é disponível como refrigerante a 60^circ F (Cp=1 BTU / lb ^circ F). com uma vazão de 150 lb / min, e sai do trocador a uma temperatura de 140^circ F, trocando calor com um óleo (Cp=0,45 Btu / lb. ^circ F). O óleo deve entrar no trocador à temperatura de 240^circ F e sair a 80^circ F.
0 coeficiente global de transmissão de calor é 50 BTU / h ft^2. ^circ F. Utilize o método da média logarítmica das diferenças de temperatura (MLDT) e o método da efetividade NUT para determinar:
A área necessária para um trocador casco-tubos com um passe no casco e 2 passes nos tubos.

Passo 1

Beleza, o enunciado diz que temos um trocador casco-tubos (1 passe no casco, 2 nos tubos) onde:
  • Água entra a 60 °F e sai a 140 °F, com vazão de 150 lb/min e De.
  • Óleo entra a 240 °F e sai a 80 °F, com Q = U,A,De.
  • Coeficiente global varepsilon =1-e^-rm NTU(1-Cr)1-Cr,e^-rm NTU(1-Cr), rm NTU=U,ACmin .
    Precisamos achar a área do trocador usando (a) LMTD (método da média logarítmica de temperatura) e (b) método de efetividade-NTU.
Para isso vamos precisar de:
  1. Balanço de energia (Q) pelo fluxo de água.
  2. Definição de LMTD:
  1. Fórmula de transferência de calor:
  1. Conceitos de taxa de capacidade calorífica , razão , NTU e efetividade no regime contracorrente:
  1. Balanço de energia também pelo óleo para achar a vazão dele e confirmar .

Passo 2

Calcular a carga térmica dot mrm H2O=150;tfracrm lbrm min =150times60=9000;tfracrm lbrm h, De via água:
Q=dot mrm H2O,cp,(Trm out-Trm in) =9000times1times80=720000;Btu/h
De
Agora, usando esse dot mrm ó<=o =Qcp,De, achamos a vazão do óleo:
Crm água=9000times1=9000;tfracrm Bturm h·°F, Crm ó<=o=10000times0,45=4500;tfracrm Bturm h·°F óó
ó
Taxas de capacidade calorífica:
áó
Logo , e razão .

Passo 3

Método da LMTD:
Temperaturas diferenciais nas extremidades do trocador:
De
De
Aplicando A=QU,De:

Passo 4

Método da efetividade‐NTU (contracorrente aproximado):
Efetividade calculada é
varepsilon=QCmin,(Th,rm in-Tc,rm in) =7200004500,(240-60) =7200004500times180 =0,8889
Na troca contracorrente:
varepsilon =1-e^-rm NTU(1-Cr)1-Cr,e^-rm NTU(1-Cr), Cr=0,5
Chamando 0,8889 =1-x1-0.5,x ;Longrightarrow; x=0,2 ;Longrightarrow; rm NTU=-ln(0.2)0.5 approx3,2189 , temos
rm NTU=U,ACmin ;Longrightarrow; A=rm NTU,CminU =3,2189times450050 approx289,7;ft^2
Agora via NTU:

Resposta

A área necessária do trocador é, pelos dois métodos, aproximadamente
boxedA approx 290;ft^2

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