Exercícios Resolvidos Trocadores de Calor - Termodinâmica e Transferência de Calor

2 Um trocador de duplo tubo é usado para aquecer 030 kgs de água de 30 C a 110 C Água pressurizada entra na região anular com uma vazão de 025 kgs e com a temperatura de 200 C e sai a 50 C Sendo o coeficiente global de transferência de calor interno igual a 355 Wm2K e considerando fluxo contracorrente Dados cpH2O 4181 JkgK a A área de transferência de calor requerida b Se o trocador de calor tem tubos com diâmetro interno igual a 1 cm quantos metros de tubos serão necessários c Refazer o exercício utilizando fluxo concorrente 3 Qual o efeito da deposição incrustação tem sobre o coeficiente global de transferência de calor e assim no desempenho de um trocador de calor 4 Em uma UPGN Unidade de Processamento de Gás Natural um pequeno trocador de calor com área de troca térmica de 15 m2 opera em contracorrente sem que ocorra mudança de fase nos fluidos Nesse trocador é admitida uma corrente fria com calor específico à pressão constante igual a 15 kJkgK com vazão de 4 kgs a qual é aquecida de 120 C até 180 C Uma corrente quente com vazão de 2 kgs é utilizada para o aquecimento e entra no trocador a uma temperatura de 200 C tendo um calor específico a pressão constante igual a 3 kJkgK Para essas condições operacionais encontre o valor da temperatura de saída da corrente quente e o coeficiente global de transferência de calor a Calculando a média logarítmica da diferença de temperaturas 𝑇𝑀𝐿 𝑇2 𝑇1 ln 𝑇2 𝑇1 50 30 200 110 ln 50 30 200 110 𝑇𝑀𝐿 4654 Calculando a área de troca térmica 𝑞 𝑈 𝐴 𝑇𝑀𝐿 𝑚 𝐶𝑃𝐻2𝑂 𝑇 𝑈 𝐴 𝑇𝑀𝐿 030 4181 110 30 355 𝐴 4654 𝑨 𝟔 𝟎𝟕𝟑 𝒎𝟐 b Calculando o comprimento dos tubos 𝐴 𝜋 𝐷 𝐿 6073 𝜋 001 𝐿 𝑳 𝟏𝟗𝟑 𝟑𝟏 𝒎 c Considerando fluxo paralelo 𝑇𝑀𝐿 𝑇2 𝑇1 ln 𝑇2 𝑇1 110 50 200 30 ln 110 50 200 30 𝑇𝑀𝐿 10562 Calculando a área de troca térmica 𝑞 𝑈 𝐴 𝑇𝑀𝐿 030 4181 110 30 355 𝐴 10562 𝑨 𝟐 𝟔𝟕𝟔 𝒎𝟐 Calculando o comprimento dos tubos 𝐴 𝜋 𝐷 𝐿 2676 𝜋 001 𝐿 𝑳 𝟖𝟓 𝟏𝟖 𝒎 A incrustação na superfície do trocador de calor pode representar uma resistência térmica adicional para a transferência de calor ou seja o coeficiente global de transferência de calor será menor e dessa forma a eficiência da troca térmica será menor do que em um trocador sem qualquer incrustação Calculando a temperatura de saída do fluido quente 𝑞𝑞 𝑞𝑓 𝑚 𝑞 𝐶𝑝𝑞 𝑇𝑞 𝑚 𝑓 𝐶𝑝𝑓 𝑇𝑓 0 2 3000 𝑇2 200 4 1500 180 120 0 6000𝑇2 1200000 360000 0 6000𝑇2 840000 𝑻𝟐 𝟏𝟒𝟎 Calculando a média logarítmica de diferença de temperatura 𝑇𝑀𝐿 𝑇2 𝑇1 ln 𝑇2 𝑇1 200 180 140 120 ln 200 180 140 120 𝑇𝑀𝐿 0 Como a média logarítmica de diferença de temperatura é igual a zero podese utilizar a diferença de temperatura de qualquer fluido visto que são iguais 𝑞 𝑈 𝐴 𝑇 4 1500 180 120 𝑈 15 60 𝑼 𝟒𝟎𝟎𝟎 𝑾𝒎𝟐