Em um trocador de calor multitubular (TC-1.2) de contracorrente, a água ( Cp =4,188 KJ / Kg K ) com coeficiente convectivo de 73,8 W / m^2 K passa pelo casco em passe único, enquanto que o óleo ( cp=1,897 KJ / Kg K ) com coeficiente convectivo de 114 W / m^2 K dá dois passes pelos tubos ( F=0,95 ). A água flui a 23 Kg / min e é aquecida de 13 K para 35 K por óleo que entra a 94 K e deixa o trocador a 60 K . Considerando um fator de incrustação de 0,002 , pede-se: (2,5 Pontos)
O número de tubos necessários, com diâmetro externo de 0,5^primeprime e 6 m de comprimento. ( 1^primeprime=2,54 cm).

Passo 1

Beleza, o exercício pede pra gente dimensionar um trocador de calor multitubular de contracorrente, ou seja, descobrir quantos tubos (diâmetro externo 0,5″ e comprimento 6 m) são necessários pra aquecer água com óleo.
Conteúdo: transferência de calor em trocador – cálculo de potência térmica ( ), Log‐Mean Temperature Difference (LMTD), coeficiente global de troca ( ) e área necessária ( ).
O que vamos precisar:
  • LMTD:
  • Resistências térmicas:

Passo 2

Primeiro, a potência térmica Q ;=;dot mw,cp,w,De que a água ganha:
Dados água:
,
,
.
Então

Passo 3

Agora a LMTD para contracorrente. Temperaturas:
De,
De.
Com o fator de correção , a ΔT eficaz é

Passo 4

Agora o coeficiente global 1U =Rf+1hrm casco+1hrm tubo =0,002+173,8+1114 approx0,0243;m^2K/W, .
Temos resistências em série: incrustação Uapprox10,0243approx41,1;W/m^2K , casco (água) e tubo (óleo) .
Ignorando a parede metálica,
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Passo 5

Área total necessária Q = U,A,De do trocador:

Passo 6

Cada tubo tem área de troca (externa)
Arm tubo = pi,Do,L = pitimes0,0127,mtimes6,m approx0,2395;m^2
Então o número de tubos é
N=AArm tubo =17,10,2395 approx71,4;;Rightarrow;;72;tubos

Resposta

São necessários 72 tubos de 0,5″ × 6 m.

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