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
trocador de calor com correntes opostas com dois passes na carcaça e 72 passes nos tubos, sendo que o álcool escoa na carcaça e a água nos tubos. Calcule o comprimento do TC.

Passo 1

Beleza, então o problema é de trocador de calor e a gente precisa descobrir duas coisas: a área de troca térmica necessária e, a partir dela, o comprimento dos tubos.
Conteúdo:
  • Balanço de energia (calor sensível)
  • Diferença média logarítmica de temperatura (LMTD) em correntes opostas
  • Cálculo de área de troca A = Q/(U·ΔT_lm)
  • Relação entre área e comprimento dos tubos A = N·π·d_o·L
O que temos:
  • Álcool: 25 000 kg/h, Cp=0,91 kcal/(kg·°C), de 65→40 °C
  • Água: 22 700 kg/h, Cp=1 kcal/(kg·°C), entra a 10 °C
  • U = 490 kcal/(h·m²·°C)
  • Diâmetro externo do tubo d_o = 25 mm = 0,025 m
  • 72 “passes” de tubo (vamos assumir 72 tubos em paralelo)

Passo 2

Primeiro calcula o fluxo de calor Q que o álcool cede:
Q = dot málcool;Cp,álcool;(Tin - Tout) = 25,000;times0,91;times(65 - 40);kcal/h áá
Q = 25,000 times 0,91 times 25 = 568,750;kcal/h

Passo 3

Agora vê a elevação de temperatura da água e garante que bate o calor:
Deááá
Como ela entra a 10 °C, sai a
Tout, água = 10 + 25,05 approx 35,05;°C á

Passo 4

Em correntes opostas, a LMTD é
De
De
De

Passo 5

A área necessária é
A = QU,De

Passo 6

Se temos 72 tubos de diâmetro externo A = N;pi;do;L Longrightarrow L = AN,pi,do = 38,272 times pi times 0,025 approx 6,75;m , cada um de comprimento ,

Resposta

O trocador precisa de cerca de 38,2 m² de área de troca, o que corresponde a 6,75 m de comprimento de tubo (considerando 72 tubos de 25 mm de diâmetro).

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