Lista de Trocadores de Calor

ME77G Transferência de Calor 2 Turmas S41 e S43 1 Um trocador de calor de escoamento cruzado de 168 ft² com mistura condensa vapor a pressão atmosférica h2000Btuhft²F e ferve metanol Tsat170F e h1500 Btuhft²F no lado oposto Avalie o coeficiente global de transferência de calor U desprezando a resistência do metal F a média logarítmica de temperaturas e o calor trocado Q É possível obter NUT e ε 2 14 kgs de água a 7C escoam nos tubos de um trocador de calor que possui dois passes pelo casco e quatro passes por tubos O objetivo é resfriar 6 kgs de amônia líquida de 100C para 30C em seu escoamento ao lado do casco Considerando U573 Wm²K determine a Qual deve ser o tamanho do trocador de calor b Qual deve ser o tamanho do trocador se após alguns meses um fator de incrustação de 00015 m²KW se formar nos tubos mas a temperatura de saída da amônia deva permanecer em 30C c Se o tamanho obtido na letra b for o de projeto inicial a que temperatura a amônia irá resfriar quando o trocador for novo d Ainda considerando o trocador de calor da letra b qual será a temperatura de saída da aágua 3 Água a 100C escoa em uma matriz de 30 tubos de cobre Os tubos possuem 286 mm de diâmetro externo e 3 m de comprimento com uma espessura de parede de 09 mm Ar a 20C escoa de maneira perpendicular à matriz de tubos Considere a vazão mássica da água como 17 kgs e a do ar como 25 kgs a Determine a temperatura de saída da água se hágua 7200h Wm²K e har 110 Wm²K b Para melhorar a remoção de calor aletas de alumínio são colocadas na parte externa dos tubos A área de superfície total das aletas e tubos somados agora é de 81 m² Explique em termos físicos o motivo das aletas intesificarem a transferência de calor Se a resistência térmica por condução das aletas for pequena e o coeficiente de transferência de calor do ar permanecer inalterado qual será a nova temperatura de saída da água 4 Desejase resfriar o ar de 150C para 60 C porém não há orçamento disponível para a obtenção de um trocador de calor feito sob medida No depósito da empresa em que você trabalha existe um trocador de calor cruzado usado em perfeitas condições de funcionamento em um depósito No passado o trocador de calor foi utilizado para resfriar 136 kgmin de vapor de NH₃ de 200 C para 100 C usando 320 kgmin de água a 7C não há misturas Para a situação mencionada o coeficiente global de transferência de calor era de U480 Wm²K Quanto de ar seria possível resfriar com este trocador utilizando o mesmo suprimento de água se considerarmos que o coeficiente global de transferência de calor permanecerá aproximadamente inalterado Quais sugestões você faria para alterar o U de maneira que uma quantidade maior de ar pudesse ser resfriada 5 Um trocador de calor de um passe através dos tubos e um passe pelo casco com escoamento paralelo resfria 5 kgs de amônia gasosa que entra pelo lado do casco a 250C e ferve 48 kgs de água nos tubos A água entra subresfriada a 27C e ferve quando atinge 100C Considere U480 Wm²K antes da ebulição começar e U964 Wm²K após o início da mudança de fase a área do trocador de calor é 45 m² e o calor latente de vaporização da água é hfg2257106 Jkg Determine o título da mistura bifásica águavapor na saída 3 a Q m cp T 1 Utot 1 Unovo 1 Rhygro 1 har m 29 kg cp 41860 kjkgK T Tent Tsai 150 30 120 1 utot 1 210 1 2200 1 110 U 205 Wm²K A NTDL 30 Π 00286 3 807 m² Q 105891 10020 T Q m cp 68000 37480 9904 ºC Q 68 KW Então Tsaida 100 096 9904ºC b Com os dados a área de troca térmica aumenta p 81 m² Calota 1 Unovo 1 210 1 110 105 Wm²K então Qnovo 6894 KW Logo Qnovo Q m cp Tsai novo 68940 37 480 4926 ºC As telas aumentam a área de troca térmica permitindo que o calor seja dissipado do piso Como o taxa de troca térmica por convecção é maior que a resistência Q UAT o aumento da área reduz a Tmax do piso Como a resistência térmica dos aletas é pequena continuamente toda a superficie delas contribui p a troca térmica sempre perdos significativos por condução Logo o novo Tsaida da agua com tela será 4926 ºC 3 Continuação 2 4 A resistência térmica total 1 Utotal 1 Unovo Rf 1 Unovo 1 573 00045 1 Unovo 205620³ 1 573 573379 10³ O novo tamanho Anovo 2056210³ 57337910³ 964 m² c Se Anovo 964 m² o calor transfer será maior Como vazão e calor específico do amônia são const sua T sera menor que 30 ºC Q U A T eq de tons de calor Agora a área do trocador novo é maior aumentando a eficãncia e resfriando mais a amônia T1ai 100ºC A 964 m² U 533 Wm²K Q 20502 kW Q 964 2056203 100 2974 Tnom Tao ΔTn 573 Tm 3974 100 422 ln 100 422 3974 422 Tao 29256 ºC d A T saída da água não muda pois o calor trocado ainda é o mesmo Twao 4926ºc 4 Situação original resfriamento do NH3 1 Vazão amônia 136 Kgmin Tent 200 ºC Tsaida 100 ºC U 480 m²K Água usada 320 Kgmin Presinamento resfriado a 2 Novo situação resfriamento do a1 U 460 m²K Tent 350 ºC Tsaida 600 ºC Mesma vazão 200 200 Kgmin Taxa de calor trocado em I Q ṁ cp T NH3 Q NH3 136 2000 1000 1400 150 60 Vazão máxima de ar que pode ser resfriado Q ṁ cp T 474000 14000 1500 60 Q ṁ cp T max 5232 Kgs 60 3362 Kgmin Coma aumentar ṁ para resfriar ar or pior A turbulência do fluxo ar ou H2O Melhorar conduvidade térmico do material do trocador Usar um fluído de resfriamento eficiente área de troca térmica 5 Amônia esfriamento no casco m ha 5kgs T h1a 250c água nos tubos vaporvapor m wa 48kgs T w1o 300c h g 2253106 JKg u1 480 Wm²K u2 964 Wm²K A 45 m² calor pressão p h 400C Q1 m h Cp h ΔT 4146106 W 4146 MW Calor necessário p vaporar água Q2 m w h fg Δ T g 2253106 1088 MW Tubo X fração de massa dágua convertida em vapor assim X Q1Q2 10831061086106 08651 ou 861 Permanece como líquido saturado E f p1 u 1h I 1λ 1h fluxo Q 1480 12000 115387 Btuhft²oF 00029 hamb1ef p 345 f1ct Largusão f de escordada de uma de SOB segundo o curso A mudança de fase pode ser aproximado com o f pois Q fluxo em mudança de fase é constante NUT E UA Gmin EFDOS E QQmáx Não possível determinar NUT e ε pois não temos o Gmin e os Td saída e entrada Calor trocado Q UAF ΔT m 1 6 Calor trocado no trocador Q m Cp ΔT m 06 Q m Cp aTai Tao Q a06 4949006 1000 30 20562 KW T ai 300C T ao 30C Cpa 49490Jkgk as como trocador e adicional o calor perdido pela amônia é igual ao absorvido pela água Q w Q a 20562 KW água m 31 Kgs T wi 7C Cp W 4980 JKG x Q transf de calor p água é Qw mw Cpw Two Twi 20562 103 31 4180 7 Two 422 C a Q UA ΔTm ΔTm Ti1 Two Tiao Tw1 ΔT m 100422 100 30 1 ln 100 422 30 1 578C A Q UΔTm 20562 10357328 949 m²