- Vapor d’água saturado à pressão absoluta de
será usado para aquecimento de ketchup, em um trocador de calor de duplo tubo. Os tubos interno e externo do trocador de calor são respectivamente de
Schedule
e
Schedule
com isolamento térmico apropriado. A condutividade térmica do metal é de
. O comprimento total de um grampo do trocador é de
. A vazão do produto na entrada é de
e temperatura de
. Sua temperatura de saída deve ser de
. Para as propriedades do ketchup, podem-se adotar os seguintes valores médios:
calor específico
,
densidade
condutividade térmica
.
viscosidade
,
O coeficiente de convecção associado à condensação do vapor na superfície do tubo é de 5000
. Determine: (i) o coeficiente convectivo do produto e o coeficiente global de troca térmica; (ii) a carga térmica; (iii) a vazão de condensado que será coletada do ânulo do trocador. (R:
)
calor específico
densidade
condutividade térmica
viscosidade
O coeficiente de convecção associado à condensação do vapor na superfície do tubo é de 5000
Passo 1
O enunciado trata de um trocador de calor de duplo tubo, em que vapor d’água saturado a
condensa no casco externo do tubo interno, enquanto ketchup flui pelo interior do tubo de
Schedule 40. Vamos:
- Calcular o coeficiente convectivo interno do ketchup usando correlações de escoamento turbulento.
- Montar a resistência térmica em série (convecção interna, condução na parede, convecção externa) para obter o coeficiente global baseado na área externa do tubo interno.
- Determinar a carga térmica a partir do balanço de energia do ketchup.
- Calcular a área necessária via LMTD.
- Obter a vazão de condensado usando a entalpia de vaporização.
Passo 2
Determinar o coeficiente convectivo interno
:
- Diâmetro interno
(tubo 2’’ Sch 40: OD , espessura ). - Vazão volumétrica
. - Área de escoamento
- Velocidade média
- Número de Reynolds
- Número de Prandtl
- Aplicando Dittus–Boelter
- Logo
Passo 3
Calcular o coeficiente global
baseado na área externa do tubo interno (diâmetro
):
- Resistências por metro de comprimento:
convecção interna
,
condução na parede
,
convecção externa
. - Soma das resistências
- Coeficiente global baseado em
Passo 4
Determinar a carga térmica
necessária para elevar o ketchup de
a
:
- Vazão mássica
.
Passo 5
Calcular a área
pelo LMTD:
- Temperatura de saturação do vapor a
: . -
.
Passo 6
Vazão de condensado
:
- Entalpia de vaporização a
: .
Resposta
(i)
, \quad
(ii)
(iii)
(ii)
(iii)