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
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:
- Área de troca de calor: É a área onde ocorre a transferência de calor entre os fluidos.
- 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 (
) em um trocador de calor casco e tubo pode ser calculada usando a fórmula:
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
:
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 (
) no lado tubo pode ser calculada considerando a área total disponível para o fluido fluir através de todos os tubos. A fórmula é:
Onde:
-
é o diâmetro interno do tubo.
Para encontrar o diâmetro interno (
), 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.