Calcular a área de troca de calor e a área de escoamento no lado tubo de um trocador de calor casco e tubo 1-2 com 359 tubos e 19,67 mm de diâmetro externo BWG 16 e 652 cm de comprimento. O que mudaria se o trocador de calor fosse 1-4.

Passo 1

Vamos primeiro entender o que o exercício pede. Precisamos calcular duas coisas para um trocador de calor casco e tubo:
  1. Área de troca de calor: É a área onde ocorre a transferência de calor entre os fluidos.
  2. Área de escoamento no lado tubo: É a área disponível para o fluido fluir dentro dos tubos.
Os dados fornecidos são:
  • Número de tubos: 359
  • Diâmetro externo dos tubos: 19,67 mm (BWG 16)
  • Comprimento dos tubos: 652 cm
Além disso, precisamos analisar o que mudaria se o trocador fosse do tipo 1-4.
Para resolver isso, vamos usar conceitos básicos de geometria e transferência de calor aplicados a trocadores de calor casco e tubo.

Passo 2

Cálculo da Área de Troca de Calor
A área de troca de calor ( A = N times pi times d times L ) em um trocador de calor casco e tubo pode ser calculada usando a fórmula:
A = 359 times pi times 0,01967 times 6,52
Onde:
  • é o número de tubos
  • é o diâmetro externo do tubo
  • é o comprimento dos tubos
Primeiro, vamos converter todas as medidas para unidades consistentes, por exemplo, metros.
  • Diâmetro externo ( ): 19,67 mm = 0,01967 m
  • Comprimento ( ): 652 cm = 6,52 m
Agora, substituindo os valores:

Passo 3

Vamos realizar os cálculos passo a passo.
Primeiro, calculamos pi times 0,01967 times 6,52 approx 3,1416 times 0,01967 times 6,52 approx 0,402 , m^2 , por tubo :
A = 359 times 0,402 approx 144,018 , m^2
Agora, multiplicamos pelo número de tubos:
Portanto, a área de troca de calor é aproximadamente 144,02 m².

Passo 4

Cálculo da Área de Escoamento no Lado Tubo
A área de escoamento ( Aescoamento = N times pi times di^24 ) no lado tubo pode ser calculada considerando a área total disponível para o fluido fluir através de todos os tubos. A fórmula é:
di = do - 2 times espessura = 19,67 , mm - 2 times 0,89 , mm = 17,89 , mm = 0,01789 , m
Onde:
  • pi times (0,01789)^24 approx 3,1416 times 0,0003204 approx 0,000251 , m^2 , por tubo é o diâmetro interno do tubo.
Para encontrar o diâmetro interno ( Aescoamento = 359 times 0,000251 approx 0,090 , m^2 ), usamos a informação do diâmetro externo ( ) e a bitola BWG 16, que indica a espessura da parede do tubo. A espessura para BWG 16 é aproximadamente 0,89 mm.
Então:
Agora, calculamos a área de escoamento por tubo:
Multiplicando pelo número de tubos:
Portanto, a área de escoamento no lado tubo é aproximadamente 0,09 m².

Passo 5

Alteração se o Trocador de Calor for 1-4
A notação 1-2 e 1-4 refere-se ao arranjo das passagens nos tubos e no casco:
  • 1-2: 1 passagem no casco e 2 passagens nos tubos.
  • 1-4: 1 passagem no casco e 4 passagens nos tubos.
Se o trocador for 1-4, isso significa que cada tubo faz 4 passagens em vez de 2. Isso afeta principalmente a área de escoamento, pois aumenta a turbulência e reduz a velocidade do fluido, melhorando a transferência de calor. Além disso, a área de troca de calor total aumentaria proporcionalmente ao número de passagens, mantendo ou ajustando o número de tubos conforme o design específico.

Resposta

A área de troca de calor é aproximadamente 144,02 m² e a área de escoamento no lado tubo é cerca de 0,09 m². Se o trocador de calor fosse 1-4, aumentaria a área de escoamento e potencialmente a área de troca de calor devido ao aumento nas passagens dos tubos, melhorando a eficiência da transferência de calor.

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