Um resfriador de óleo de um grande motor diesel deve resfriar óleo de máquina de 60^circ C para 45^circ C, empregando água do mar à temperatura de 20^circ C, com uma elevação da temperatura de 15^circ C. A carga térmica do projeto é Q=140 kW, e o coeficiente de transferência de calor global e médio, baseado na área de superfície externa dos tubos, é 70 W / m^2 ^circ C. Calcule a área da superfície de transferência de calor num escoamento de passe único em contracorrente e corrente paralelas.

Passo 1

Beleza, vamos lá. A questão é de troca de calor em trocador de calor de tubo e casco (ou tubo único), usando óleo de máquina e água do mar. Precisamos calcular a área de troca térmica pra dois casos: escoamento em contracorrente e em corrente paralela (fluxos no mesmo sentido).
Conteúdo: equilíbrio de energia em estado estacionário e uso da diferença de temperatura média logarítmica (LMTD) para achar a área do trocador.
O que vamos precisar:
  • Balanço de energia: Q = ṁ·cp·ΔT (já sabem Q = 140 kW).
  • Conceito de coeficiente global de transferência de calor U = 70 W/m²·°C.
  • Fórmula da LMTD:
De
  • Fórmula da área:
A = QU,De

Passo 2

  1. Identificar as diferenças de temperatura nas extremidades:
    • No ponto de entrada do óleo quente e saída da água fria:
      De.^°C
    • No ponto de saída do óleo (45 °C) e entrada da água (20 °C):
      Q = 140,kW = 140,000,W .^°C
  2. Calcular a LMTD:
    Como A = QU,De, a fórmula fica indeterminada (0/0), mas nesse caso a LMTD é simplesmente igual a qualquer uma delas:
  3. Calcular a área:

Passo 3

  1. Diferenças de temperatura nas pontas, agora com fluxos no mesmo sentido:
    • Entrada de ambos:
      De.^°C
    • Saída de ambos:
      A = 140,00070 times 21,63 = 140,0001,514,1 approx 92,5;m^2 .^°C
  2. LMTD pelo logaritmo:
  3. Área:

Resposta

Área em contracorrente: 80 m²
Área em paralelo: 92,5 m²

Exercícios relacionados