Enunciado

Óleo está sendo resfriado de 80 °C para 50 °C em um trocador de calor em único casco e 2 tubos com coeficiente global de transferência de calor de 230   W / m 2 ⋅ ° C . Á agua ( c p c = 4,18   W / m 2 ⋅ ° C ) entra a 25 °C e sai a 40 °C a uma taxa de vazão mássica de 9000 kg/h. Determine (a) a diferença média logarítmica de temperatura e (b) a área da superfície do trocador de calor.

Passo 1

Primeiro, é sempre bom deixarmos claro qual o sistema que estamos trabalhando. Para esta questão, temos um trocador de 1 casca e 2 tubos em contracorrente.

Este formato afetará diretamente no nosso cálculo. Como queremos determinar a temperatura média logarítmica, temos que utilizar a seguinte relação:

Δ T m l = F ⋅ Δ T m l , C F

Em que este F é o fator de correção do formato do trocador de calor. Para isto, vamos começar calculando dois parâmetros P e R. Temos então:

P = t 2 - t 1 T 1 - t 1 = 40 - 25 80 - 25 = 0,273

R = T 1 - T 2 t 2 - t 1 = 80 - 50 40 - 25 = 2

E para quê servem estes dois parâmetros? Tem que ter algum motivo muito importante por trás!

E sim, eles têm sim. São fundamentais para calcular o fator de correção. Agora, podemos ir lá na Figura 11-18 (em especial na letra a), que corresponde ao formato do nosso trocador) e encontrarmos o fator F. Visualmente, obtemos F ≈ 0,9 .

Finalizando com o cálculo da diferença logarítmica, temos:

Δ T m l , C F = Δ T 1 - Δ T 2 ln ⁡ Δ T 1 Δ T 2 = 80 - 40 - 50 - 25 ln ⁡ 80 - 40 50 - 25 = 31,9   ° C

E sendo assim, temos:

Δ T m l = F ⋅ Δ T m l , C F = 0,9 ⋅ 31,9 ° C = 28,7   ° C

Passo 2

Já na letra b), queremos determinar a área de superfície do nosso trocador. Para isto, basta lembramos da fórmula de taxa de transferência de calor para um trocador de calor. Sendo assim, temos:

Q ˙ = U A s Δ T m l

A s = Q ˙ U Δ T m l = m ˙ c p T c , s a í d a - T c , e n t r a d a U Δ T m l

Substituindo os valores das constantes, temos:

A s = 9000 3600 ⋅ 4,18 ⋅ 40 - 25 230 ⋅ 28,7 = 0,0237   m 2

Tenham sempre cuidado com as unidades para deixa-las no SI.

Resposta

  1. A diferença média logarítmica é:
  2. Δ T m l = 28,7   ° C

  3. A área de superfície é:

A s = 0,0237   m 2

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Um trocador de calor bitubular, utilizado para o resfriamento de óleo lubrificante, tem um tubo interno com parede fina e 25m m de diâmetro, que transporta água, e um tubo externo com 45m m de diâmetr
Considere as condições dos fluidos e o coeficiente global de transferência de calor do Problema 11.32 para um trocador de calor bitubular que opera com configuração em paralelo. O tubo que separa os f
Analise a influência de uma espessura de placa não nula no Exemplo 11.2, quando há 40 canais. ( a ) Determine as dimensões externas, L , do núcleo do trocador de calor para uma espessura de placa igua
Considere um trocador de calor bitubular caracterizado por um coeficiente global de transferência de calor uniforme e que opera sob as seguintes condições:Qual é a taxa de transferência de calor máxim
Em cirurgias com coração aberto sob condições hipotérmicas, o sangue do paciente é resfriado antes da cirurgia e reaquecido após a mesma. Propõe-se para este fim a utilização de um trocador de calor b