Um trocador de calor duplo tubo será usado para resfriar óleo de 120 a 50^circ C a uma vazão de 20 l / min utilizando água a 20^circ C como fluido de resfriamento. O trocador consiste de seções de 4 m de comprimento de tubos de cobre 3 / 4 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 ( R: L=24 m ).

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:
  1. Cálculo do fluxo de calor pelo óleo;
  2. Cálculo do LMTD para contracorrente;
  3. Supor um valor típico de coeficiente global de transferência de calor ;
  4. Relacionar pra achar a área e, daí, o comprimento.

Passo 2

Calcular o fluxo de calor removido do óleo.
  1. Vazão volumétrica do óleo:
dot Vrm ó<=o = 20 L/min = 2060,L/s = 0,333 L/s = 3,33times10^-4 m^3/s ó
  1. Massa específica típica do óleo: dot mrm ó<=o = rhorm ó<=o,dot Vrm ó<=o = 880 times 3,33times10^-4 approx 0,293 kg/s ó.
Q = dot mrm ó<=o,cp,rm ó<=o,Deóóó
  1. Calor específico do óleo: ó
  2. Logo, a taxa de calor removido é
óó

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 De. Então:
Deóá
Deóá
A diferença média logarítmica é

Passo 4

Escolher um valor típico para o coeficiente global U approx 500 W/m^2,K . Em trocadores de tubo de cobre com óleo e água costuma-se usar

Passo 5

A área de troca Q = U,A,De satisfaz

Passo 6

Converter área em comprimento. O tubo interno tem diâmetro interno (diâmetro hidráulico)
Di = tfrac34 in approx 0,01905 m
Como é área de superfície lateral:
A = pi,Di,L Longrightarrow L = Api,Di = 1,48pi times 0,01905 approx 24 m

Resposta

O comprimento necessário do trocador (fluxo em contracorrente) é de aproximadamente 24 m.

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