Um trocador de calor de casco e tubo é usado para aquecer
de água de 21 até
. Água quente é usada como fluido de aquecimento e entra no trocador de calor a
e sai a
. A configuração de escoamento é (1-2) um passe no casco e 2 no tubo. A área superficial externa ao tubo no trocador é de
.
a) calcule a diferença média da temperatura (
) no trocador de calor e o coeficiente global de transferência de calor U; Resp:
, corrigido Delta
a) calcule a diferença média da temperatura (
Passo 1
Vou deixar clarinho o que o enunciado dá e o que pede.
Dados fornecidos:
- Vazão mássica da água fria (fluido a ser aquecido):
. - Temperatura da água fria na entrada:
. - Temperatura da água fria na saída:
. - Água quente (fluido de aquecimento) entra a
e sai a . - Área superficial externa aos tubos:
. - Configuração: casco 1 passe / tubos 2 passes (portanto é necessário usar fator de correção
para LMTD).
O enunciado pede: - Calcular a diferença média de temperatura logarítmica
(LMTD) no trocador e a diferença corrigida (quando aplicável). - Calcular o coeficiente global de transferência de calor
.
Passo 2
Primeiro calculamos a taxa de calor transferida
usando balanço de energia no fluido frio (é o jeito mais direto). Para isso preciso do calor específico da água; vou usar o valor típico constante
A energia ganha pela água fria é
Substituindo:
Calcule passo a passo:
Passo 3
Agora calculamos a LMTD ideal (para escoamento contracorrente) usando as temperaturas terminais. Defino as diferenças terminais:
A fórmula da diferença média logarítmica (LMTD) é
Substituindo os números:
Calcule o logaritmo:
Passo 4
Porque o trocador é casco 1 passe / tubo 2 passes, devemos corrigir a LMTD com um fator
(gráfico correção). Para escolher
usamos as grandezas adimensionais
Calculando
e
:
Passo 5
Ler o fator de correção
no gráfico dado (o gráfico fornecido na imagem). Peguei do gráfico os valores de
e
calculados e li o fator
.
Da leitura do gráfico (peguei este valor na imagem), para
e
obtém-se aproximadamente
Agora calculo a LMTD corrigida:
Passo 6
Com a LMTD corrigida podemos encontrar o coeficiente global
usando a equação de transferência de calor em regime estacionário:
Logo
Substituindo números (
,
,
):
Convertendo para
:
Observação útil (para checar coincidências com respostas fornecidas): se alguém calculasse
usando a
não corrigida (
) obteria
Isto explica por que aparecem dois valores próximos (0{,}925 e 0{,}995) dependendo se se usa a LMTD corrigida ou a não corrigida.