Um trocador de calor com um passe no casco e 4 nos tubos é utilizado para resfriar óleo lubrificante de um grande motor de turbina a gás industrial. A vazão mássica da água de resfriamento através dos tubos (
e
) é de
, enquanto que a vazão do óleo é de
. O óleo e a água entram a temperaturas de 100 e
, respectivamente. Qual deve ser o comprimento de cada tubo no trocador se a temperatura de saída do óleo deve ser de
e o trocador é composto por 10 tubos. Dados:
do óleo
da água =
e he
. (R: A=14,83
;
; cada tubo deve ter
)
Passo 1
O enunciado descreve um trocador de calor casco-tubos com uma passagem no casco e quatro passagens nos tubos, em que circula água pelos tubos e óleo no casco. São dadas as vazões mássicas, temperaturas de entrada, os calores específicos
, os coeficientes de transferência convectiva interna e externa
e
e os diâmetros interno
e externo
dos tubos. Pede-se o comprimento de cada um dos 10 tubos de modo que o óleo aqueça de
a
.
Passo 2
Calcular as capacidades térmicas das correntes quente (óleo) e fria (água):
Definem-se
Passo 3
O fluxo térmico real é
O maior fluxo possível (em contra-corrente) seria
Logo a eficácia é
Passo 4
Para um trocador com 1 passe no casco e 4 nos tubos usa-se o método NTU-
com fator de correção
(tabelado em Kays & London). Para
e configuração “1–4” obtém-se
Passo 5
A relação geral, incluindo
, é a mesma do contra-fluxo mas com
multiplicado por
:
Defina
Do caso contra-fluxo tem-se
Substituindo números:
Portanto
Passo 6
Calcula-se
O coeficiente global
unindo resistências convectivas é
Logo a área total de troca é
Passo 7
Essa área corresponde à face externa dos 10 tubos:
Como há 10 tubos, o comprimento de cada um é
Resposta
Cada tubo deve ter aproximadamente
de comprimento.