ATIVIDADE 03 (NUT)

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ATIVIDADE 03 (NUT)
1. Óleo quente (cp = 2200 J/kg.°C) deve ser resfriado com água (cp = 4180 J/kg.°C) em um trocador de
calor casco e tubo com 2 passes no casco e 12 passes nos tubos. Os tubos são de cobre, de paredes finas,
com diâmetro de 1,8 cm. O comprimento de cada passe de tubo no trocador de calor é 3 m, e o
coeficiente global de transferência de calor é 340 W/m2.°C. A água escoa através dos tubos a uma taxa
total de 0,1 kg/s, e o óleo escoa através do casco a uma taxa de 0,2 kg/s. A água e o óleo entram com
temperaturas de 18°C e 160°C, respectivamente. Determine a taxa de transferência de calor no trocador
de calor e as temperaturas de saída da água e do óleo. R: 36,2 kW; Ts água = 104,6 °C; Ts óleo – 77,7
°C.
obs.: usar o método da efetividade porque não tem as temperaturas de saída
𝐶
á𝑔𝑢𝑎
= 4180 · 0, 1 = 418
𝐶
ó𝑙𝑒𝑜
= 2200 · 0, 2 = 440
𝑞
𝑚𝑎𝑥
= 𝐶
𝑚𝑖𝑛
· (𝑇
𝑞.𝑒𝑛𝑡
− 𝑇
𝑓.𝑒𝑛𝑡
)
𝑞
𝑚𝑎𝑥
= 418 · (160 − 18)
𝑞
𝑚𝑎𝑥
= 59356 𝐽
𝐴 = 2 · π · 0, 009 · 3 · 12
𝐴 = 2, 036 𝑚
𝑁𝑈𝑇 = 𝑈·𝐴
𝐶
𝑚𝑖𝑛
𝑁𝑈𝑇 = 340·2,036
418
𝑁𝑈𝑇 = 1, 66
𝐶
𝑟
=
𝐶
𝑚𝑖𝑛
𝐶
𝑚𝑎𝑥
𝐶
𝑟
= 418
440
𝐶
𝑟
= 0, 95
ε = 0, 61
𝑞 = ε · 𝑞
𝑚𝑎𝑥
𝑞 = 0, 57 · 59356
𝑞 = 36207
36207 = 2200 · 0, 2 · (160 − 𝑇
𝑞.𝑠𝑎𝑖
)
𝑇
𝑞.𝑠𝑎𝑖
= 77, 7
− 36207 = 4180 · 0, 1 · (18 − 𝑇
𝑞.𝑠𝑎𝑖
)
𝑇
𝑓.𝑠𝑎𝑖
= 104, 6
2. Um TRC de contra-fluxo (bitubular) aquece água de 20 a 80°C a uma taxa de 1,2 kg/s. Isto é feito com
um fluido a 160°C e vazão mássica de 2 kg/s. O tubo interno tem diâmetro de 1,5 cm de parede fina. Se
U=640 W/m2.°C. Determine o comprimento do trocador. De abela: a) água: cp=4,18 kJ/kg.°C e b) água
quente (geothermal water): cp=4,31 kJ/kg.°C.
1, 2 · 4180 · (80 − 20) = − (2 · 4310 · (160 − 𝑇
𝑠𝑎𝑖
))
𝑇
𝑠𝑎𝑖
= 125
∆𝑇
𝑒𝑛𝑡
= 160 − 80 = 80
∆𝑇
𝑠𝑎𝑖
= 125 − 20 = 105
∆𝑇
𝑚𝑙
= 
105−80
𝑙𝑛 105
80
∆𝑇
𝑚𝑙
= 91, 9
300960 = 91, 9 · 640 · 𝐴
𝐴 = 5, 12 𝑚²
5, 12 = 2 · π · 0, 0075 · 𝑙
𝑙 = 108, 6 𝑚
3. Um trocador de calor de escoamento cruzado ar-água com eficiência de 0,65 é utilizado para aquecer
água (Cp = 4180 J/kg.°C) com ar quente (Cp = 1010 J/kg.°C). A água entra no trocador de calor a 20°C,
a uma taxa de 4 kg/s, enquanto o ar entra a 100°C a uma taxa de 9 kg/s. Considerando que o coeficiente
global de transferência de calor baseado no lado da água é 260 W/m² .°C, determine a área da superfície
de transferência do trocador de calor no lado da água. Considere ambos os fluidos sem mistura. R: 52,4
m².
𝐶
á𝑔𝑢𝑎
= 4180 · 4 = 16720
𝐶
𝑎𝑟
= 1010 · 9 = 9090
𝐶
𝑟
= 9090
16720 = 0, 54
𝑁𝑈𝑇 = 1, 5
1, 5 = 260·𝐴
9090
𝐴 = 52, 44 𝑚²
4. Água fria entra em um trocador de calor contracorrente a 10°C a uma taxa de 8 kg/s, onde é aquecida
por um escoamento de água quente que entra no trocador de calor a 70°C a uma taxa de 2 kg/s.
Considerando que o calor específico da água se mantém constante em Cp = 4,18 kJ/kg.°C, determine a
taxa máxima de transferência de calor e as temperaturas de saída dos escoamento de água fria e quente
para este caso-limite. R: 502 kW; Ts fluido frio = 25 °C; Ts fluido quente = 10 °C.
𝑞
𝑚𝑎𝑥
= 8, 36 · (70 − 10)
𝑞
𝑚𝑎𝑥
= 501, 6 𝑘𝑊
501, 6 = 4, 18 · 2 · (70 − 𝑇
𝑞.𝑠𝑎𝑖
)
𝑇
𝑞.𝑠𝑎𝑖
= 10
501, 6 = 4, 18 · 8 · (𝑇
𝑓.𝑠𝑎𝑖
− 10)
𝑇
𝑓.𝑠𝑎𝑖
= 25