Determinar o comprimento (em metros) de um trocador de calor de tubos concêntricos (TUBOS DUPLOS) necessário para a pasteurização de suco de laranja de
para
, utilizando água quente à
. As dimensões dos tubos são:
e
. A vazão de suco de laranja é de
e de água,
. O processo ocorre com fluxo contra-corrente. O coeficiente global de transferência de calor é de
. K.As propriedades físicas do suco de laranja a
e para água são: (
).
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que temos e o que precisamos.
Enunciado: quer saber o comprimento de um trocador de calor de tubos concêntricos pra aquecer suco de laranja de
até
usando água quente a
. É contra-corrente, tubos internos de 6″ Std 40 e externos de 10″ Std 40, com vazões de 4 t/h de suco e 6 t/h de água. O coeficiente global
é 300 W/m²·K.
Matéria: transferência de calor em trocador de calor de superfície. Vamos precisar de:
Enunciado: quer saber o comprimento
Matéria: transferência de calor em trocador de calor de superfície. Vamos precisar de:
- Converter vazões de t/h em kg/s;
- Calcular a potência térmica
que o suco precisa receber; - Fazer balanço para achar a temperatura de saída da água;
- Calcular o LMTD (log‐mean temperature difference);
- Usar a fórmula
e achar ; - Relacionar área
ao comprimento do tubo (usando o diâmetro externo do tubo interno).
Passo 2
Converter vazões em kg/s:
– Suco:
– Suco:
– Água:
Passo 3
Calcular a taxa de calor que o suco precisa ganhar:
Fazendo a conta:
Passo 4
Balanço de energia na água (perde esse
):
Substituindo:
Passo 5
Calcular o LMTD para corrente contrária. As diferenças térmicas extremas são
A fórmula do LMTD é
Passo 6
Área de troca
vem de
Passo 7
Relação entre área
e comprimento
: usamos o diâmetro externo do tubo interno, que é
" ≃0,1683 m.
Como a área lateral de um cilindro é , temos
Como a área lateral de um cilindro é
Resposta
O comprimento necessário do trocador de calor é, aproximadamente, 25,2 metros.