Um trocador de calor contracorrente com
será utilizado para resfriar uma corrente de óleo com vazão de
de
até
utilizando água de resfriamento a
e retorno a
. Avaliar o excesso de área disponível no equipamento para o serviço. Assumir um valor de
para o coeficiente global de transferência de calor.
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que a pergunta está pedindo! Temos um trocador de calor contracorrente com uma área disponível de
. A tarefa é resfriar uma corrente de óleo que tem uma vazão de
, passando de
para
, usando água de resfriamento que entra a
e sai a
. Queremos descobrir se a área disponível é suficiente para esse serviço, ou seja, avaliar o excesso de área no equipamento. Para isso, vamos precisar calcular a quantidade de calor que precisa ser transferida e ver se o trocador consegue fazer isso com a área que temos. Usaremos a fórmula básica de transferência de calor e o coeficiente global de transferência de calor fornecido.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor que precisa ser retirada do óleo. A fórmula básica para isso é:
Onde:
-
é a quantidade de calor (em Watts, W) -
é a vazão mássica (em kg/s) -
é o calor específico do óleo (em J/kg·K) -
é a variação de temperatura (em K ou °C)
Como a vazão está em kg/h, vamos converter para kg/s:
Agora, precisamos do calor específico do óleo. Geralmente, o óleo tem um
em torno de
, mas isso pode variar dependendo do tipo de óleo. Vamos usar esse valor para nossos cálculos.
Passo 3
Agora que sabemos quanto calor precisa ser transferido, vamos usar a equação do trocador de calor para encontrar a área necessária. A fórmula é:
Onde:
-
é o coeficiente global de transferência de calor ( ) -
é a área do trocador de calor (em m²) -
é a diferença de temperatura logarítmica média
Para um trocador contracorrente, a diferença de temperatura logarítmica média (
) é calculada por:
Onde:
Então,
Passo 4
Agora podemos rearranjar a fórmula para encontrar a área
:
Substituindo os valores:
Passo 5
Finalmente, vamos comparar a área necessária com a área disponível no trocador de calor.
Área disponível:
Área necessária:
Excesso de área:
Resposta
O trocador de calor possui um excesso de área disponível de
, já que a área necessária para o serviço é de
e a área disponível é de
.