Um trocador de calor é utilizado no evaporador de um Chiller para resfriar água utilizando R-134a como fluido refrigerante. O refrigerante escoa em uma vazão de
com temperatura de entrada de
e título de
e temperatura de saída de saída de
e pressão de 2.1704 bar. Já a água, entra a uma temperatura de
e sai com uma temperatura de
.
Calcule a área de troca térmica necessária para troca de calor do sistema nas condições propostas e o comprimento do tubo, considerando um trocador de calor bitubular.
Calcule a área de troca térmica necessária para troca de calor do sistema nas condições propostas e o comprimento do tubo, considerando um trocador de calor bitubular.
Passo 1
Beleza, vamos recapitular o que a questão pede e o que precisamos para resolver.
– Enunciado em resumo:
– Enunciado em resumo:
- Temos um chiller onde o R-134a chega ao evaporador a –8 °C, título x=20 % e sai a 0 °C, P=2,1704 bar. A vazão mássica do refrigerante é 20 kg/h.
- A água entra a 12 °C e sai a 5 °C.
- Queremos calcular a área de troca térmica necessária e o comprimento de tubo de um trocador bitubular.
– Conteúdo envolvido:
- Conversão de vazão mássica e uso de entalpias (tabelas de R-134a).
- Cálculo da carga térmica
pelo refrigerante. - Cálculo do
(Log Mean Temperature Difference). - Cálculo da área
usando um coeficiente global de troca . - Cálculo do comprimento
a partir da área e diâmetro do tubo.
– O que vamos precisar:
- Tabelas termodinâmicas do R-134a para entalpias saturadas em –8 °C e 0 °C.
- Fórmulas de balanço de energia, LMTD,
e . - Valor típico de
para trocadores envolvendo R-134a/água (vamos assumir ). - Diâmetro externo de tubo (vamos usar
) e número de tubos .
A partir de agora, partiu cálculos!
Passo 2
Calcular massa por segundo e entalpias do refrigerante.
- Convertendo vazão mássica:
- Buscar nas tabelas de R-134a:
– Em –8 °C (saturação):
,
.
Então, entrada (x=0{,}2):– Em 0 °C (saturação vapor):
Passo 3
Balanço de energia no refrigerante para achar
:
Passo 4
Calcular o LMTD (contra-corrente):
– Temperaturas:
– Temperaturas:
- Água entra (quente):
, sai . - Refrigerante entra (frio):
, sai .
– Diferenças de temperatura nas extremidades:
– LMTD:
Passo 5
Calcular a área de troca
.
Usamos .
Usamos
Passo 6
Determinar o comprimento total de tubo
.
– Assumindo diâmetro externo e
tubos paralelos:
– Assumindo diâmetro externo
Resposta
Área de troca térmica necessária:
A ≃ 0,10 m²
Comprimento total de tubo (bitubular):
L ≃ 1,33 m
A ≃ 0,10 m²
Comprimento total de tubo (bitubular):
L ≃ 1,33 m