de água a
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
para
em seu escoamento ao lado do casco. Considerando
, determine:
(a) Qual deve ser o tamanho do trocador de calor?
(b) Qual deve ser o tamanho do trocador se, após alguns meses, um fator de incrustação de
se formar nos tubos, mas a temperatura de saída da amônia deva permanecer em
?
(c) Se o tamanho obtido na letra (b) for o de projeto inicial, a que temperatura a amônia irá resfriar quando o trocador for novo?
(d) Ainda considerando o trocador de calor da letra (b), qual será a temperatura de saída da aágua?
(a) Qual deve ser o tamanho do trocador de calor?
(b) Qual deve ser o tamanho do trocador se, após alguns meses, um fator de incrustação de
(c) Se o tamanho obtido na letra (b) for o de projeto inicial, a que temperatura a amônia irá resfriar quando o trocador for novo?
(d) Ainda considerando o trocador de calor da letra (b), qual será a temperatura de saída da aágua?
Passo 1
Temos um trocador de calor casco-tubos com dois passes no casco e quatro passes nos tubos. Do lado dos tubos circula água com vazão mássica
e temperatura de entrada
. Do lado do casco circula amônia líquida com vazão mássica
, de
até
. A condutância global é
. Assumimos
para a água e
para a amônia. Vamos usar balanço de energia para obter a carga térmica, comparar com a máxima transferível e discutir viabilidade, depois calcular área teórica e os efeitos da incrustação.
Passo 2
Calcular a carga térmica necessária para resfriar a amônia:
Substituindo,
Passo 3
Determinar as razões de capacidade térmica dos fluidos:
Aqui
, logo
e
.
Passo 4
Verificar a máxima carga térmica que a água pode receber sem atingir temperatura superior à de entrada da amônia:
Como
, o calor exigido supera largamente o máximo disponível, tornando impossível resfriar a amônia até
com essa vazão de água.
Passo 5
Em situações em que a carga desejada excede
, a diferença de temperatura média logarítmica tenderia a zero e, portanto, a área requerida \emph{teórica} seria infinita. Concluímos que, sem alterar vazões ou temperaturas, não há área finita capaz de atingir
.
Passo 6
Se incluirmos o fator de incrustação
, a nova condutância global seria
Mesmo assim, como já era impossível sem incrustação, a área segue infinita para atingir a saída de amônia em
.
Passo 7
Supondo que, por projeto inicial, usamos a área infinita do item (b), a amônia só poderia esfriar até o limite imposto por
. A temperatura de saída real seria
Passo 8
Na mesma condição, a água se aqueceria até
ou seja, alcançaria a temperatura de entrada da amônia.
Resposta
(a) Não existe área finita capaz de levar a amônia a
com
; a área teórica seria infinita.
(b) Com incrustação a área continua infinita, pois já era impossível sem ela.
(c) Se a área infinita projetada em (b) fosse instalada nova, a amônia sairia a .
(d) Nessa condição, a água sairia a .
(b) Com incrustação a área continua infinita, pois já era impossível sem ela.
(c) Se a área infinita projetada em (b) fosse instalada nova, a amônia sairia a
(d) Nessa condição, a água sairia a