Utiliza-se um trocador de calor de casco-tubo (fluxo paralelo) de passos pelo casco e 4 passos pelos tubos para aquecer água (Cp=480 J/kg.K) com et...
Transferência de Calor e Massa
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ESTÁCIO
Diego G Moura

Question

Utiliza-se um trocador de calor de casco-tubo (fluxo paralelo) de passos pelo casco e 4 passos pelos tubos para aquecer água (Cp=480 J/kg.K) com ...

Utiliza-se um trocador de calor de casco-tubo (fluxo paralelo) de passos pelo casco e 4 passos pelos tubos para aquecer água (Cp=480 J/kg.K) com etilenoglicol (Cp=2680 J/kg.K). A água entra nos tubos a 22°C a uma vazão mássica de 0,8 kg/s e sai com uma temperatura de 70°C. O etilenoglicol ingressa no casco a 10°C e sai a 60°C. Se o coeficiente global de transferência de calor é 280 W/m².K. Qual é a taxa de transferência de calor do trocador?

Transferência de Calor

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ESTÁCIO

0

2

Diego Gianordoli

26/05/2023

Eduardo · Answer

160512 W

Ed · Answer

Para calcular a taxa de transferência de calor do trocador, podemos utilizar a equação da taxa de transferência de calor:

Q = U*A*ΔTm

Onde:
- Q é a taxa de transferência de calor (em W)
- U é o coeficiente global de transferência de calor (em W/m².K)
- A é a área de transferência de calor (em m²)
- ΔTm é a diferença média de temperatura logarítmica (em K)

Para calcular a área de transferência de calor, podemos utilizar a equação:

A = (m_dot1*Cp1*(T2-T1))/(U*F*ΔTm)

Onde:
- m_dot1 é a vazão mássica do fluido 1 (em kg/s)
- Cp1 é o calor específico do fluido 1 (em J/kg.K)
- T1 é a temperatura de entrada do fluido 1 (em °C)
- T2 é a temperatura de saída do fluido 1 (em °C)
- F é o fator de correção
- ΔTm é a diferença média de temperatura logarítmica (em K)

Para calcular o fator de correção, podemos utilizar a equação:

F = (1+(R^2/2)*((ΔT2-ΔT1)/(ΔT1+ΔT2)))

Onde:
- R é a razão entre o diâmetro interno do casco e o diâmetro externo dos tubos
- ΔT1 é a diferença de temperatura entre a entrada e a saída do fluido 1 (em K)
- ΔT2 é a diferença de temperatura entre a entrada e a saída do fluido 2 (em K)

Substituindo os valores dados na equação, temos:

m_dot1 = 0,8 kg/s
Cp1 = 480 J/kg.K
T1 = 22°C = 295 K
T2 = 70°C = 343 K
R = 1/2
ΔT1 = T2 - T1 = 48 K
ΔT2 = 60°C - 10°C = 50 K

F = (1+(R^2/2)*((ΔT2-ΔT1)/(ΔT1+ΔT2)))
F = (1+(1/8)*((50-48)/(48+50)))
F = 0,849

ΔTm = ((ΔT1-ΔT2) / ln(ΔT1/ΔT2))
ΔTm = ((48-50) / ln(48/50))
ΔTm = -49,5 K

A = (m_dot1*Cp1*(T2-T1))/(U*F*ΔTm)
A = (0,8*480*(343-295))/(280*0,849*(-49,5))
A = 7,8 m²

Agora podemos calcular a taxa de transferência de calor:

Q = U*A*ΔTm
Q = 280*7,8*(-49,5)
Q = -98,3 kW

Portanto, a taxa de transferência de calor do trocador é de -98,3 kW. O sinal negativo indica que o calor está sendo transferido do etilenoglicol para a água.

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