1.4 kg / s de água a 7^circ C escoam nos tubos de um trocador de calor que possui dois passes pelo casco e quatro passes por tubos. O objetivo é resfriar 6 kgs de amônia líquida de 100^circ C para 30^circ C em seu escoamento ao lado do casco. Considerando U=573 W / m^2 K, determine:
Qual deve ser o tamanho do trocador de calor?

Passo 1

Beleza, vamos recapitular o que temos aqui:
  • É um trocador casco-tubos com 2 passes no casco e 4 passes nos tubos.
  • Entram 1,4 kg/s de água a 7 °C nos tubos.
  • No casco, passa amônia líquida (6 kg/s) de 100 °C e sai a 30 °C.
  • O coeficiente global de troca é Q = U,A,F,De.
O que a gente vai precisar:
  1. Balanço de energia pra achar a carga térmica .
  2. Determinar as temperaturas de saída de cada fluido.
  3. Calcular o (diferença média logarítmica de temperatura) e aplicar o fator de correção por causa dos multi-passes.
  4. Finalmente achar a área pelo método LMTD:

Passo 2

Calcular a potência térmica Q = dot mrm hot,cp,rm hot,(Trm hot,in - Trm hot,out) transferida da amônia para a água.
A fórmula geral é
dot mrm hot=6;kg/s, Trm hot,in=100,^circ C, Trm hot,out=30,^circ C
Aqui usamos Q =6;kg/stimes4,7times10^3;J/kgKtimes(100-30); K =6times4700times70 =1,974times10^6; W í.
Logo

Passo 3

A água recebe esse calor, então sua variação de temperatura é
Deááá
Como ela entra a 7 °C, sai a
Trm cold,out=7+70=77,^circ C

Passo 4

Calcular as duas diferenças de temperatura no trocador (extremos):
De
De
Perceba que De, então a diferença média logarítmica simplifica para
F,De
Agora o fator de correção para 2 passes no casco e 4 passes nos tubos costuma ser próximo de 0,98 (tabela de F para arranjos multitubos).
Logo a diferença efetiva vale

Passo 5

Finalmente, a área do trocador vem de
Q = U,A,(F,De
Substituindo:
A = 1,974times10^6573 times 22,54 approx153;m^2

Resposta

A área do trocador deve ser, aproximadamente, 153 m².

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