Exercicio trocador de calor resolvido

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS - UFMG ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA PROCESSOS TÉRMICOS Código: EMA-074 1º Semestre 2005 RESOLVIDOS SOBRE TROCADORES DE CALOR

(Schimidt 7-6) Determinar o coeficiente global de transferência de calor, baseado na superfície interna do tubo, de um condensador de vapor de uma central termoelétrica. O condensador é do tipo tubo-carcaça de tubos de bronze comercial tendo um diâmetro interno de 3cm e uma espessura de parede de 2mm. O fluido de resfriamento é água do mar (T < 50ºC). O coeficiente médio de transferência de calor por convecção no lado da água de resfriamento é 10.000 W/m2ºC, enquanto que do lado externo do tubo é 50.000 W/m2ºC. Assumir que incrustamento ocorra em ambos os lados do tubo. Solução: O coeficiente global de transferência de calor é: U 1 A1 = 1 1 1 ln( / ) + F1 + d 2 d1 + F 2 + 2π k p L hc1 A1 A1 A2 hc 2 A2

Dividindo pela área da superfície interna A1, obtem-se: U 1= 1 1 ln( / ) + F 1+ d 1 d 2 d1 + d1 F 2 + d 1 2kp hc1 d2 d 2 hc 2

O fator de incrustação para a água de resfriamento, F1 é 0,0001 m2ºC/W enquanto que para o lado do vapor é F2 = 0,00009 m2.ºC/W (Tabela 7-8). A condutividade térmica do bronze é k = 52 W/m.ºC (Tabela A-14) U= 1 1 (0,03) ln(0,034/0,03) 0,03(0,00009) 0,03 + + + 0,0001 + 10000 2(52) 0,034 (0,034)(50x 10 3 ) 1 U= -6 -6 100x 10 + 100x 10 + 36,1x 10 -6 +79,4x 10 -6 + 17,65x 10-6

U = 1/333,2 x 10-6 = 3001 W/m2ºC Comentário: Quando os tubos do condensador estão limpos, sem depósitos (nas condições iniciais de operação ou após uma limpeza), o coeficiente global de transferência de calor vale 6.502 W/m2.ºC. A presença de depósitos vai diminuir em 46,2% a taxa de transferência de calor por unidade de área, em relação ao obtido com as superfícies limpas. Portanto, mais área de troca de calor é necessária para se atingir a condição de projeto quando os depósitos começam a ser formados, o que aumenta o custo do trocador de calor. Assim, cuidado especial deve