Determinar a área de superfície de transferência de calor necessária para um trocador de calor de calor de casco e tubo construído com um tubo de 0,0254 m de diâmetro externo (tubo interno), para resfriar 6,93 kg / s de uma solução de álcool etílico a 95% ( cp=3810 J / kg K) de 65,6^circ C para 39,4^circ C, usando 6,30 kg / s de água disponível a 10^circ C (cp=4187 J / kg K). Suponha que o coeficiente de transferência global seja de 568 W / m^2. K, qual arranjo (paralelo ou contracorrente) seria o melhor custo benefício?

Passo 1

Beleza, a questão é sobre trocador de calor casco e tubo. A gente tem uma solução de álcool etílico (6,93 kg/s, De,J/kg·K) que entra a 65,6 °C e sai a 39,4 °C, e água (6,30 kg/s, ,J/kg·K) que entra a 10 °C e sai numa temperatura que ainda vamos achar.
O que vamos precisar:
  • Calcular a taxa de calor trocada usando .
  • Achar a temperatura de saída da água.
  • Calcular o (log mean temperature difference) para arranjos paralela e contracorrente:
  • Usar com ,W/m²·K.

Passo 2

Primeiro, a taxa de calor que sai do álcool:
Q = dot m1,cp1,(T1,in - T1,out) = 6,93 times 3810 times (65,6 - 39,4)
Calculando:
De

Passo 3

A água recebe esse mesmo calor De, então sua variação de temperatura é
T2,out = 10,0 + 26,2 = 36,2;^circC
Logo, a água sai a

Passo 4

Agora o De para contracorrente. Nesse caso:
Arm CC = QU,De
Quando , o .
A área fica

Passo 5

Para o arranjo em paralelo:
De
Logo
De
e
Arm P = 6,92times10^5568 times 18,35 approx 66,4;m^2

Resposta

Área necessária em contracorrente: 41,4 m²
Área necessária em paralelo: 66,4 m²
Melhor custo-benefício: contracorrente, pois exige bem menos área.

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