(
pontos) Um trocador de calor com 2 passes no casco e 12 passes nos tubos é utilizado para aquecer uma solução etilenoglicol e álcool entre
e
. Essa solução flui através dos cascos que tem 4 cm de diâmetro cada. Para realizar esse aquecimento, glicerina quente entra a
nos tubos de parede delgadas com 2 cm de diâmetro a uma taxa de
e sai a
. O comprimento total dos tubos no trocador de calor é 60 m . Considerando condições de escoamento plenamente desenvolvido, determine:
Dados glicerina:
.
Dados (etilenoglicol+álcool):
,
.
o coeficiente global de transferência de calor
nestas condições. Use o método e-NUT.
Dados glicerina:
Dados (etilenoglicol+álcool):
o coeficiente global de transferência de calor
Passo 1
Beleza, o exercício é um trocador casco-e-tubos com 2 passes no casco (fluido frio: mistura etilenoglicol+álcool, de 10→40 °C) e 12 passes nos tubos (fluido quente: glicerina, de 90→40 °C).
Conteúdo: transferência de calor por convecção interna e externa, correlações de Nusselt (Dittus–Boelter) e montagem do coeficiente global U.
O que vamos precisar:
Conteúdo: transferência de calor por convecção interna e externa, correlações de Nusselt (Dittus–Boelter) e montagem do coeficiente global U.
O que vamos precisar:
- Energia trocada Q pelo fluido quente;
- Vazões mássicas e vazão por tubo;
- Re e Nu para cada lado (tubo e casco);
- Cálculo de
e ; - Combinar em
.
Passo 2
- Q pelo lado da glicerina (tubo):
- Vazão mássica por tubo (
):
Diâmetro interno do tubo
.
Passo 3
Cálculo de
(fluido quente dentro do tubo):
– Área interna do tubo .
– Velocidade no tubo
– Área interna do tubo
– Velocidade no tubo
– Número de Reynolds no tubo
– Nusselt (Dittus–Boelter, aquecimento do fluido: expoente 0,4)
– Coeficiente convectivo interno
Passo 4
Cálculo de
(fluido frio no casco):
- Primeiro, a vazão mássica da mistura sai a 40 °C, entra a 10 °C, logo
- Para estimar o Re no casco, simplificamos tratando o casco como “tubo” de diâmetro
(ignora‐se, a grosso modo, o espaço ocupado pelos tubos):
- Também usamos Dittus–Boelter (aprox. válido só p/
, mas serve de ordem) com expoente 0,3 (fluido resfriando):
Passo 5
Combinação em resistência térmica global (pele fina, sem fouling):
Resposta
O coeficiente global de transferência de calor vale, aproximadamente,