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 opostas. Calcule o comprimento do TC;

Passo 1

Então, o que temos aqui? É um trocador de calor casco e tubos, operando em correntes opostas. Queremos resfriar 25 000 kg/h de solução de álcool (95 %, Cp=0,91 kcal/kg·°C) de 65 °C para 40 °C, usando 22 700 kg/h de água a 10 °C. O coeficiente global U é 490 kcal/h·m²·°C e o tubo tem diâmetro externo de 25 mm (0,025 m).
Conteúdo que vamos usar:
  • Balanço de energia para achar a carga térmica Q
  • Cálculo da temperatura de saída da água
  • Fórmula do LMTD (logaritmic mean temperature difference)
  • Área necessária A=Q/(U·ΔTml)
  • Área lateral do tubo A=π·d·L para achar o comprimento L

Passo 2

Calcular a carga térmica Q que o quente (álcool) vai liberar:
Q = ṁ_hot · Cp_hot · (T_hot,in – T_hot,out)
Em números:
Q = 25,000;kgh times 0,91;kcalkg,°C times (65°C - 40°C)
Q = 25,000 times 0,91 times 25 = 568,750;kcal/h

Passo 3

A mesma carga vai para a água fria:
Q = ṁ_cold · Cp_cold · (T_cold,out – T_cold,in)
568750 = 22700 times 1,0 times (Tout,w - 10)
Tout,w - 10 = 568,75022,700 approx 25,06°C
Logo,
Tout,w approx 35,06°C

Passo 4

Agora o LMTD, para fluxo oposto:
ΔT1 = T_hot,in – T_cold,out = 65 – 35,06 = 29,94°C
ΔT2 = T_hot,out – T_cold,in = 40 – 10 = 30°C
De

Passo 5

Área de troca necessária:
A = QU ,De

Passo 6

Cada tubo tem área lateral L = Api,d = 38,8pi times 0,025 approx 493,2;m . Se usássemos um “tubo só” para somar 38,8 m², o comprimento seria
(Em projetos reais você dividiria isso em vários tubos menores, mas o total válido é esse.)

Resposta

Comprimento total equivalente de tubo necessário ≈ 493 m.

Exercícios relacionados