Um trocador de calor bitubular, operando em contracorrente, emprega água como fluido de resfriamento, entrando à
e saindo à
, para resfriar uma corrente líquida quente de biodiesel de
para
. A corrente de biodiesel escoa no interior do casco com uma vazão de
. O diâmetro interno do tubo de cobre é 1,5 in (
) Sch 80. Em experimentos independentes, o coeficiente de transferência de calor para o biodiesel no casco foi determinado como igual a 340
K. Considerando-se que o tudo é de cobre, as resistências térmicas à condução são desprezíveis. As propriedades médias do biodiesel líquido na temperatura (35 a
) são:
c) Qual seria a área requerida para um trocador em escoamento co-corrente? (R:
7,77 m²)
c) Qual seria a área requerida para um trocador em escoamento co-corrente? (R:
Passo 1
Então, a gente tem um exercício sobre trocadores de calor, especificamente um trocador bitubular operando em co-corrente (escoamento na mesma direção das correntes). A missão aqui é descobrir qual é a área necessária desse trocador pra resfriar biodiesel de 60°C para 35°C usando água que entra em 10°C e sai em 30°C. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre transferência de calor, calcular a taxa de calor envolvida e aplicar a fórmula do trocador de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a taxa de transferência de calor (
). Isso vai nos dizer quanta energia precisa ser transferida para resfriar o biodiesel.
Sabemos a vazão do biodiesel (
) e as temperaturas de entrada e saída. Para encontrar
, usamos a fórmula:
onde:
-
é a vazão mássica, -
é o calor específico, -
é a variação de temperatura.
Mas para simplificar, como estamos trabalhando com vazão volumétrica, podemos adaptar a fórmula.
Passo 3
Vamos calcular a vazão mássica (
) do biodiesel. Precisamos da densidade (
) do biodiesel na faixa de temperatura dada. Como não foi fornecida, assumimos um valor típico, digamos
.
Convertendo para segundos:
Passo 4
Agora, vamos usar o calor específico do biodiesel (
). Supondo um valor típico de
.
Passo 5
Com a taxa de transferência de calor calculada, vamos usar a fórmula do trocador de calor para encontrar a área necessária:
Onde:
-
é o coeficiente global de transferência de calor, -
é a área, -
é a diferença média de temperatura.
Passo 6
Primeiro, calculamos a diferença média de temperatura (
) para o escoamento co-corrente. A fórmula para co-corrente é:
Onde:
Passo 7
Agora, rearranjamos a fórmula para encontrar a área
:
Sabemos que
(coeficiente de transferência para o biodiesel).
Resposta
A área requerida para o trocador em escoamento co-corrente é aproximadamente
.