Um trocador de calor de casco e tubo de passagem única é usado para aquecer uma solução de sal diluída usada em cromatografia de proteínas em grande escala.
de solução passa por 42 tubos paralelos dentro do trocador de calor; o diâmetro interno dos tubos é de
e o comprimento do tubo é de 4 m . A viscosidade da solução salina é de
, a densidade é de
, a capacidade calorífica média é
e a condutividade térmica é
. Calcule o coeficiente de transferência de calor da solução salina. (R:
)
Passo 1
O enunciado descreve um trocador de casco e tubo de passagem única em que
de solução salina flui por
tubos paralelos de diâmetro interno
e comprimento
. Precisamos estimar o coeficiente convectivo interno
da solução usando a correlação de Dittus–Boelter para escoamento turbulento em tubos. Para isso vamos calcular a velocidade média, o número de Reynolds, o número de Prandtl, em seguida o número de Nusselt e por fim
.
Passo 2
Converter a vazão volumétrica e obter a velocidade média em cada tubo.
A vazão volumétrica total é
A vazão volumétrica total é
Como há
tubos, a vazão em cada tubo é
A área da seção interna de um tubo é
Logo, a velocidade média é
Passo 3
Calcular o número de Reynolds e verificar regime de escoamento.
Como
, o escoamento é turbulento.
Passo 4
Calcular o número de Prandtl da solução:
Passo 5
Usar a correlação de Dittus–Boelter para aquecimento do fluido (expoente
):
Calculando
Passo 6
Obter o coeficiente de transferência de calor:
Resposta
O coeficiente de transferência de calor da solução salina é aproximadamente