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:
a) Qual a carga térmica no trocador de calor e qual a taxa mássica da água requerida para o resfriamento? (R:
;
)
a) Qual a carga térmica no trocador de calor e qual a taxa mássica da água requerida para o resfriamento? (R:
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre trocadores de calor! A gente vai precisar entender como calcular a carga térmica e a taxa mássica de água necessária para resfriar o biodiesel. Vamos usar conceitos de transferência de calor e propriedades dos fluidos envolvidos.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a carga térmica (
) no trocador de calor. A carga térmica é a quantidade de energia que precisa ser transferida para resfriar o biodiesel. Para isso, usamos a fórmula:
Aqui,
é a taxa mássica do biodiesel,
é a capacidade calorífica específica,
é a temperatura de entrada do biodiesel e
é a temperatura de saída.
Passo 3
Primeiro, precisamos calcular a taxa mássica do biodiesel (
). Dado que a vazão volumétrica é
, vamos converter para kg/s. Sabendo a densidade do biodiesel (
) na faixa de temperatura dada, por exemplo,
:
Passo 4
Agora, vamos considerar a capacidade calorífica específica
do biodiesel, que é aproximadamente
. Substituindo na fórmula da carga térmica:
Aproximando, temos
.
Passo 5
Agora, vamos calcular a taxa mássica da água (
) necessária para absorver essa carga térmica. Usamos a mesma fórmula rearranjada:
Assumindo que a capacidade calorífica específica da água é
e a variação de temperatura da água é de
(de 10°C a 30°C):
Aproximando,
.
Resposta
A carga térmica no trocador de calor é de aproximadamente 35,8 kW e a taxa mássica de água requerida para o resfriamento é de cerca de 0,43 kg/s.