Trocadores de Calor - Cálculo de Coeficiente de Transferência de Calor Ue

Risto 02 Trocadores de Calor Unidade 03 Heitor do Nascimento Andrade Questão 117 Desenho esquemático e dados da questão Ka 110 W m K Di 25 x 103 m De 28 x 103 m N 2000 tubos he 10000 W m² K Considerações 1 Regime estacionário 2 Propriedades Constantes 3 Trocador de calor bem isolado 4 Variações valores energéticos cinéticos e Potencial alsprizeuitis ca 1 Água de resfriamento é bombada através dos tubos com mf 400 Kgs Qual o valor de Ue baseado na área externa do tubo O coeficiente geral de transf de calor pode ser validado como UA 1 Rtot 1 Rt 1 Ri Rp Re 1 1 ni Ai Rp 1 he Ae Baseado na área externa Ae Ue 1 Ae ni Ai RpAe 1 he Rp ln De Di 2πLk a Encontrando os h interno escoamento interno Nu0 hint D kf Nupkf Dint hint Encontrando um relação ideal para Nup 1º Passo Análise do Reynolds Propriedades da água μ 960 x 104 Nsm² k 060 W m K Pr 66 Rep VD υ ρVD μ V ṁf ρVA V ṁ ρ A A πD² 4 fim D ρ A μ ṁ D int A μ ṁ D int πD² 4 μ Rep 4ṁ πDμ Mas qual o valor de ṁ Temos que ṁf 400 Kgs mas queremos Ve baseado na área interna de apenas um tubo ou seja ṁ ṁf N 400 Kgs 2000 04 Kgs por tubo Rep 4 04 Kgs π 25 x 103 m 96 x 104 2222016594 Rep Reverse forma Rep Rep crit 2300 Turbulento 2º passo análise das comprimento de entrada Comportamento superfície escoamento Turbulento temse Xed 10 teurb Xed it teub 10D 029m Considerando que L 1m no escoamento está completamente desenvolvido 3º Passo Escolha de Nup Turbulento NUD 0023 Rep45 Pr13 Comp Desenvolvido Condensação T6 constante NUD 0023 Rep45 Pr13 NUD 0023 212201659445 6613 124182922 x 103 Assim então hi NUD Kf Di 12418292 060 25 x 103 29959012 hi 29959012 W m² k Finalmente podemos calcular Ve Reie Ae hi Ai π De hi Di De hi Di 28 x 103 2995902 x 25 x 103 Rie 87384 x 104 Re 1 he 1 10000 dx 104 Rpie ln De Di 2πLk Ae ln De Di 2πLk De k ln 28 x 103 26 x 103 22 210 28 x 103 121424 x 105 Rt 48826 x 104 m² k W Ve 1 Rt 20480891 W m² K b Se após uma longa operação sa operação tivera uma resistência de Rdi204 m2 KW na superfície interna qual é o valor de Ve Fator de incrustração não influencia no valor de Ve Ve 20183RiRpReRdi Rdi RdiAi Rdi Rdidedi Rdi 204 28x103 25x103 212x204 Ve 16659836 wm2 K diminuiu em relação ao Ve anterior c Condição Água é retirada logo a 15ºC e 10 kgs de vapor devido à 00622 bar devem ser condensados Qual a temperatura correspondente da água que colide ao condensador Balanço Água condensando Água m hfg m cp f Tant Tsai Tsai mvhfgemcp 202414x105 kg 4004180 15º Tsai 294ºC Questão 1118 Dados Trocardor Bilterbular A 50 m2 x Fluido Quente Cp6 kWK Tqi60ºC x Fluido Frio Cf8 kWK Tfi30ºC Tfo54ºC a Tsai do fluido quente Sabemos que pelo balanço de energia Q m Cp q Tq ent Tq sai logo q Cp Ta ent Ta sai Dessa forma Tsai Ta ent q Cp mas qual o valor do q Calor cedido Calor recebido ou seja q mf Cf Tf sai Tf ent q Cf Tf sai Tf ent 8kl 54 30 72 kW Com isso Ta sai 60ºC 72k 6k 48ºC b Não é um respeito temos pelos valores Tf sai Tf sai logo é contra Corrente c Calcule o coeficiente global de transferência calor Sabemos que q U A ΔTml logo U q A ΔTml Cálculo do ΔTml ΔTml ΔT2 ΔT1 ln ΔT2 ΔT1 Para um trocador contracorrente ΔT1 Tq ent Tf sai 6ºC ΔT2 Tq sai Tf ent 18ºC ΔTml 18 6 ln186 1092229ºC Dessa forma U 72k 50 109229 1318331 Wm2 K cd Calcula ca eficiência desse trocador Pela depifinição E qreul qmax onde qmax Cmin ΔTmax Cmin Taent Tfsai E área qreul e min Taent Tfent Cmin Cf E Cf Tfsai Tfent Cmin Taent Tfent E Tfsai Tfent Taent Tfent E 6080 6030 08 e Qual seria ca eficiência se L Para um trocador contra corrente a diferença de temperatura diminui de acordo com o comprimento cai seja areal qmax então ocasionaria uma eficiência E 1 questão 1132 Dados Trocador de calor Escoamento cruzado Uniso parasel U 200 wm K Água fria não mist ṁA 3 kgs Tfent 30C Tfsai 80C Ar Quente misturado Tqent 225C Tqsai 1000C Qual a área de transferência de calor necessaria q UA ΔTml Δ q UΔTmeq tem como valer obedemr q mf cpf Tfsai Tfent q mq cpq Tqent Tqsai E importante notar que o Trocador T de escoamento cruzado logo é necessario fazer un correção q UA F ΔTmlee A q UA F ΔTmeee 1 Extraindo as propriedades Água Tf 3080C 2 55C Tab A 9 general CP 4183 JkgK 1 Tae 225 100 2 2625 160 ep 4360 1625 160 170 160 Cp 4346 170 1430 CP 4347551 kgK 20 Cálculo de q q m fe pf Tfsai Tfent 3 4183 80 30 627450 W 3 Passo Cálculo de ΔTmlee ΔT1 Tqent Tfsai 245 C ΔT2 Tqsai Tfent 70 C ΔTmlee ΔT2 ΔT1 ln ΔT2 ΔT1 70 245 ln 70245 ΔTmlee 10219882 C 4 Passo Cálculo de F 1 Calcular p e R p t2 t1 T1 t1 t tubo Água t Casco gás 1 8 entrada 2 saída P 80 30 225 80 027 R T1 T2 t2 t1 225 100 80 80 256 2 Consultar gráfico F 098 Finalmente podemos calcular a área A 627450 200 1021982 098 3d9839 m² A Questão 1163 Dados Trocador de calor Tubo tubular Fluído frio ṁf 0125 kgs CPFf 4200 Jkg K Tf ent 40C Tf sai 95C Fluído quente ṁq 0125 kgs Cpq 2200 Jkg K Tq ent 220C Qual é a taxa max 9max Cmin ΔTmax Cmin Tq ent Tf ent Cmin CPF CPF ṁf 525 Cg Cpq ṁq 2625 Cmin Cg Cmax CPF Logo 9max Cg Tq ent Tf ent 9max 2625 220 40 44540 W 9max Qual é a eficiência do trocador ε 9real Cpf Tf ent Tf sai 9max Tq ent Tq sai Tq ent Tf ent Lo descobrindo Tq sai q Cpq ṁq Tq ent Tq sai mas também q ṁf CPF Tf sai Tf ent 28875 W Logo Tq sai Tq ent q ṁ Cpq Tq sai 220 28875 0125 2100 100C Dessa forma a eficiência será ε 220 100 220 40 067 ε obs não precisamos conhecer Tq sai já conhecia pode usar no valor relativo de q 28875 W O trocador de calor deve ser operado um paralelo ou contracorrente Operando um contracorrente o trocador de calor poderia obter melhores taxas de transferência de calor Qual é a razão entre os interesses necessárias nestas duas condições de escoamento Δcc 9 U A Tml cc Δep 9 U A Tml ED 05534 razão Encontrando ΔTml Ep ΔT1 Tq ent Tf ent 270 ΔT2 Tq sai Tf sai 5 ΔTml Ep ΔT1 ΔT2 ln ΔT1 ΔT2 46179 C ΔTml cc ΔT1 Tq ent Tf sai 115 ΔT2 Tq sai Tf ent 60 ΔTml cc 8415389C