Um trocador de calor duplo tubo será usado para resfriar óleo de 120 a
a uma vazão de
utilizando água a
como fluido de resfriamento. O trocador consiste de seções de 4 m de comprimento de tubos de cobre
in BWG16 e tubo externo de cobre de 1,5 in BWG16. A água escoa no espaço anular. Determine o comprimento para:
Escoamento em contracorrente (
).
Escoamento em contracorrente (
Passo 1
O enunciado pede pra dimensionar o comprimento de um trocador de calor de duplo tubo (fluxo em contracorrente) necessário pra resfriar óleo de 120 °C pra 50 °C, com vazão de 20 L/min, usando água a 20 °C que passa no espaço anular.
Conteúdo: equilíbrio de energia e método do LMTD (diferença média logarítmica de temperatura). Vamos precisar de:
Conteúdo: equilíbrio de energia e método do LMTD (diferença média logarítmica de temperatura). Vamos precisar de:
- Cálculo do fluxo de calor
pelo óleo; - Cálculo do LMTD para contracorrente;
- Supor um valor típico de coeficiente global de transferência de calor
; - Relacionar
pra achar a área e, daí, o comprimento.
Passo 2
Calcular o fluxo de calor removido do óleo.
- Vazão volumétrica do óleo:
- Massa específica típica do óleo:
.
- Calor específico do óleo:
- Logo, a taxa de calor removido é
Passo 3
Calcular o LMTD (diferença média logarítmica) em contracorrente.
Como não sabemos a vazão da água, assumimos que ela é grande o bastante pra manter a temperatura praticamente constante em . Então:
Como não sabemos a vazão da água, assumimos que ela é grande o bastante pra manter a temperatura praticamente constante em
A diferença média logarítmica é
Passo 4
Escolher um valor típico para o coeficiente global
. Em trocadores de tubo de cobre com óleo e água costuma-se usar
Passo 5
A área de troca
satisfaz
Passo 6
Converter área em comprimento. O tubo interno tem diâmetro interno (diâmetro hidráulico)
Como é área de superfície lateral:
Resposta
O comprimento necessário do trocador (fluxo em contracorrente) é de aproximadamente 24 m.