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
de diâmetro externo (tubo interno), para resfriar
de uma solução de álcool etílico a
(
) de
para
, usando
de água disponível a
. Suponha que o coeficiente de transferência global seja de
. 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,
,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:
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:
Calculando:
Passo 3
A água recebe esse mesmo calor
, então sua variação de temperatura é
Logo, a água sai a
Passo 4
Agora o
para contracorrente. Nesse caso:
Quando
, o
.
A área fica
A área fica
Passo 5
Para o arranjo em paralelo:
Logo
e
Resposta
Área necessária em contracorrente: 41,4 m²
Área necessária em paralelo: 66,4 m²
Melhor custo-benefício: contracorrente, pois exige bem menos área.
Área necessária em paralelo: 66,4 m²
Melhor custo-benefício: contracorrente, pois exige bem menos área.