Um resfriador de óleo de um grande motor diesel deve resfriar óleo de máquina de
para
, empregando água do mar à temperatura de
, com uma elevação da temperatura de
. A carga térmica do projeto é
, e o coeficiente de transferência de calor global e médio, baseado na área de superfície externa dos tubos, é
. 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:
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:
- Fórmula da área:
Passo 2
-
Identificar as diferenças de temperatura nas extremidades:
- No ponto de entrada do óleo quente e saída da água fria:
.^°C - No ponto de saída do óleo (45 °C) e entrada da água (20 °C):
.^°C
- No ponto de entrada do óleo quente e saída da água fria:
-
Calcular a LMTD:
Como, a fórmula fica indeterminada (0/0), mas nesse caso a LMTD é simplesmente igual a qualquer uma delas: -
Calcular a área:
Passo 3
-
Diferenças de temperatura nas pontas, agora com fluxos no mesmo sentido:
- Entrada de ambos:
.^°C - Saída de ambos:
.^°C
- Entrada de ambos:
-
LMTD pelo logaritmo:
-
Área:
Resposta
Área em contracorrente: 80 m²
Área em paralelo: 92,5 m²
Área em paralelo: 92,5 m²