Determinar a área superficial de troca de calor requerida, para um trocador de calor construído de tubo de 25 mm de diâmetro externo, para resfriar 25000 kg / h de uma solução a 95% de álcool etilico com (Cp=0,91 kca / kg ^circ C) de 65^circ C a 40^circ C, usando 22700 kg / h de água disponível, a 10^circ C. Admitir que o coeficiente global de transmissão de calor baseado na superficie exterior do tubo é 490 kcal / h m^2 ^circ C, e considerar as seguintes configurações: Cpaǵgua =1 Kcal / Kg^circ C
carcaça e tubos, correntes paralelas. Calcule o comprimento do TC;

Passo 1

Beleza, o enunciado quer que a gente determine a área de troca térmica (e daí o comprimento do tubo) de um trocador de calor de fluxo paralelo. A matéria aqui é transferência de calor em trocador de calor: a gente vai precisar de
  1. Balanço de energia para achar a potência térmica .
  2. Cálculo da variação de temperatura da água com .
  3. Uso da fórmula do LMTD (Log Mean Temperature Difference) porque é paralelo.
  4. Fórmula da área e depois do comprimento .
    Não pula passo, tá? Vamos do zero.

Passo 2

Primeiro, calor cedido pela solução de etanol:
– Vazão mássica: Q ;=;dot mrm hot;Cp,rm hot;l(Trm hot,in-Trm hot,outr) =;25,000times0,91times(65-40)
– Cp da solução: Q =25,000times0,91times25 =568,750kcal/h
– Temperaturas: entra a e sai a .
Então

Passo 3

Agora calcula como a água aquece:
– Vazão de água: Q =dot mrm cold,Cp,rm cold,(Trm cold,out-Trm cold,in) ;Longrightarrow;Trm cold,out = Trm cold,in+Qdot mrm cold,Cp,rm cold
– Cp da água: Trm cold,out =10+568,75022,700times1 approx10+25,05 =35,05;°C
– Entra a , sai a .
Pela energia cedida:
Substituindo:

Passo 4

Agora o LMTD para fluxo paralelo. As diferenças de temperatura nas extremidades são
De

E o LMTD é

Passo 5

Com A =QU,De, a área externa necessária é

Passo 6

Finalmente, o tubo tem diâmetro externo A =pi,Drm ext,L ;Longrightarrow; L=Api,Drm ext =55,87pitimes0,025 approx711,4;m . A área lateral de um tubo de comprimento é

Resposta

O comprimento do trocador de calor paralelo é aproximadamente 711 metros de tubo.

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