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
de uma solução a
de álcool etilico com
de
a
, usando
de água disponível, a
. Admitir que o coeficiente global de transmissão de calor baseado na superficie exterior do tubo é
, e considerar as seguintes configurações: Cpaǵgua
carcaça e tubos, correntes opostas. Calcule o comprimento do TC;
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:
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 = ṁ_hot · Cp_hot · (T_hot,in – T_hot,out)
Em números:
Passo 3
A mesma carga vai para a água fria:
Q = ṁ_cold · Cp_cold · (T_cold,out – T_cold,in)
Q = ṁ_cold · Cp_cold · (T_cold,out – T_cold,in)
Logo,
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
ΔT1 = T_hot,in – T_cold,out = 65 – 35,06 = 29,94°C
ΔT2 = T_hot,out – T_cold,in = 40 – 10 = 30°C
Passo 5
Área de troca necessária:
Passo 6
Cada tubo tem área lateral
. 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.