Projeto Trocador de Calor Tubos Gêmeos Contracorrente NH3

PROJETO DE TROCADOR DE CALOR Um trocador de calor de tubos geminados com escoamento em contracorrente opera com vazões iguais de 0003 kgs nas correntes de gás quente e de gás frio A corrente fria entra a 250 K e deve ser aquecida até 300 K utilizando o ar quente disponível a 350 K A pressão média das correntes de gás é 1 atm e a queda de pressão máxima permissível na linha de gás frio é de β kPa Pode ser considerado que as paredes dos tubos atuam como aletas cada uma com uma eficiência de 100 gás a ser utilizado NH3 O valor β da queda de pressão máxima permissível na linha de gás frio é 09 kpa a Determine o diâmetro D e o comprimento L dos tubos que satisfazem às exigências de transferência de calor e queda de pressão especificadas b Para o diâmetro D e o comprimento L determinados no item a gere gráficos da temperatura de saída da corrente fria da taxa de transferência de calor e da queda de pressão como funções das vazões iguais no intervalo de 0002 a 0004 kgs Comente os seus resultados PROJETO DE TROCADOR DE CALOR Um trocador de calor de tubos geminados com escoamento em contracorrente opera com vazões iguais de 0003 kgs nas correntes de gás quente e de gás frio A corrente fria entra a 250 K e deve ser aquecida até 300 K utilizando o ar quente disponível a 350 K A pressão média das correntes de gás é 1 atm e a queda de pressão máxima permissível na linha de gás frio é de β kPa Pode ser considerado que as paredes dos tubos atuam como aletas cada uma com uma eficiência de 100 gás a ser utilizado NH3 O valor β da queda de pressão máxima permissível na linha de gás frio é 09 kpa a Determine o diâmetro D e o comprimento L dos tubos que satisfazem às exigências de transferência de calor e queda de pressão especificadas b Para o diâmetro D e o comprimento L determinados no item a gere gráficos da temperatura de saída da corrente fria da taxa de transferência de calor e da queda de pressão como funções das vazões iguais no intervalo de 0002 a 0004 kgs Comente os seus resultados PREMISSAS Condições de estado estacionário Perda de calor insignificante para o ambiente A pressão média das correntes de ar é de 1 atm As paredes do tubo atuam como aletas com 100 de eficiência Escoamento totalmente desenvolvido PROPRIEDADES Tabela A4 Amônia Tm 300 K 1 atm ρ 06894 kgm³ cp 2158 kJkgK ν 147 106 m²s μ 1015 107 Nsm² k 247 10³ Wm K Pr 0887 ANÁLISE a O diâmetro do trocador de calor D e o comprimento L podem ser especificados por meio de duas análises transferência de calor com base no método de eficáciaNTU para atender ao requisito de aquecimento de ar frio e cálculo da queda de pressão para atender ao requisito de 9 kPa A análise de transferência de calor começa determinando a eficácia da Eq 1122 já que Cmin Cmax e Cr 1 ε300250 35025005 Da Tabela 114 Eq 1129b para Cr 1 NTU 05 1051 Onde NTU seguindo sua definição Eq 1125 é com 0003 kg s 2158 J kgK 6474 W K e 1UA representa a resistência térmica entre os dois fluidos em Tmh e Tmc conforme ilustrado no esquema acima à direita Como as paredes do tubo são isotérmicas seguese que e como as condições de fluxo são quase idênticas hc hh de modo que onde a área de transferência de calor é Portanto a Eq 1125 agora pode ser expressa como 105hπDL 6474 W K hDL41215 Assumindo uma temperatura média Tmc 300 K caracterize o fluxo com ReD 4m πD μ 4 0003 π D101510 7376326959 D E assumindo que o fluxo é turbulento e totalmente desenvolvido usando a correlação de DittusBoelter a Eq 857 com n 04 NuDhD002470023 259845 D 0 8 0887 04 h D 18002470023259845 080887 0 4 h D 180062236692 A queda de pressão para fluxo totalmente desenvolvido Eq 822a é onde a velocidade média é um mρπD²4 de modo que pf ρ 4 m ρπ D 2 2 L 2 D 8 π 2 f m 2L ρ D 5 Lembrese de que o requisito de queda de pressão é p 9 kPa 9 103 Nm² de modo que a Eq 12 pode ser reescrita como fL D 59000 π 206894 80003 2 085051315910 9 Para o intervalo de números de Reynolds 3000 ReD 5 106 Eq 821 fornece uma estimativa para o fator de atrito Na análise anterior existem 4 incógnitas D L f h e 4 equações Usando o espaço de trabalho do EESCengel ou ITHIncropera ou ITShapiro encontre D 000812 m 812 mm f 002133 h 3604 Wm²K L 1408 m ReD 46343 LD 1734 Para esta configuração ReD 46343 portanto o fluxo é turbulento e como LD 1408000812 1734 10 a suposição totalmente desenvolvida é razoável b A análise anterior inserida no espaço de trabalho do EESCengel ou ITHIncropera ou ITShapiro foi usada para determinar Tco q e P como uma função da taxa de fluxo balanceada A temperatura de saída do ar frio Tco é quase insensível à vazão Seguese que a taxa de calor q deve ser quase proporcional à taxa de fluxo como pode ser visto no gráfico q vs m acima A queda de pressão varia com a velocidade média ao quadrado p 06894 cp 2158 v 147106 μ p v k 247 103 Pr 0887 TCU 300 TCl 250 THI 350 ΔP 9000 Q m cp TCO TCl Q MAX m cp THI TCl ε TCO TCl THI TCl m 0003 NTU ε 1 ε CMIN cp m ReD 4 m π D μ h D k 0023 ReD08 Pr04 05 π tt D L NTU CMIN f 0790 In ReD 1642 Data Browser C D E Work A Value B Variable CMIN 6474 D 005977 epsi 05 f 004504 h 999 L 6889 mu 101785 NTU 1 Q 3237 QMAX 6474 RED 6305 cdeltaP 9000 cp 2158 k 00247 m 0003 mu 14785 Pr 0887 rho 06894 TCl 250 TCO 300 THI 350 Stat Warnings Residuals Copy View Delete Known 10 Error Solver