PROVA 3 - TROCADORES DE CALOR 2021_2 (ENPE)

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<p>3 ª PROVA DE TROCADORES DE CALOR -18/04/2022</p><p>1h 40 min (Prof. Anderson A. U. de Moraes)</p><p>Nome Completo:</p><p>R.A.:</p><p>Notas: Solução Individual! Seja organizado!</p><p>AVISOS</p><p>Se faltarem dados para a análise de alguma questão, faça as necessárias considerações</p><p>tecnicamente aceitáveis e responda à questão.</p><p>Desenhe a configuração experimental quando necessário. Justifique: hipótese, simplificações e</p><p>qualquer outro critério de seleção. Quando utilizado de gráficos ou tabelas, os resultados devem</p><p>ser indicados nos mesmos e referenciados na resolução.</p><p>O único material de consulta permitido será o “formulário de apoio” disponível no AVA2.</p><p>Qualquer outro material consultado será considerado como “cola”.</p><p>Não é permitido a troca de informações durante o período de execução da prova.</p><p>O tempo proposto para sua resolução é de 1h e 40 minutos. O gasto de tempo superior a este</p><p>período não é aconselhado e permitido.</p><p>A entrega da resolução desta prova deverá ocorrer pelo ambiente AVA2 até o dia 03/04/2022.</p><p>Entrega por outros meios não será considerado.</p><p>Tenha cuidado com tamanho e forma do documento digitalizado pois existe um limite de</p><p>tamanho disponível para armazenamento no sistema do AVA 2 (10 megabytes).</p><p>Avalie se a digitalização é de fácil identificação do manuscrito. Documentos ilegíveis serão</p><p>desconsiderados.</p><p>Na resolução, alguns valores são fornecidos em função do RA ou dos algarismos do RA. O 1RA</p><p>é o último número do RA, 2RA é o penúltimo e 3RA é o antepenúltimo</p><p>https://ava2.ead.ufscar.br/mod/resource/view.php?id=315989</p><p>Questão 1: (3,0)</p><p>Um trocador de calor de tubos coaxiais e paredes delgadas, com 0,19m de comprimento, é usado para</p><p>aquecer, de 40 a 60º, uma corrente de água deionizada a uma vazão de 5 kg/s. A água deionizada</p><p>passa pelo tubo interno, com 30 mm de diâmetro enquanto a água quente de processo, inicialmente a</p><p>95ºC, passa pelo tubo externo que tem o diâmetro de 60 mm.</p><p>Dados das propriedades termofísicas dos dois fluidos estão na Tabela 1.</p><p>ÁGUA DEIONIZADA ÁGUA DO PROCESSO</p><p>ρ (kg/m3) 982,3 967,1</p><p>I(J/kg.K) 4,181 4,197</p><p>k (W/m.K) 0,643 0,673</p><p>µ (N.s/m2)x106 548 324</p><p>Pr 3,56 2,02</p><p>a) Considere um trocador do tipo escoamento paralelo, determine a vazão mínima que deve ter</p><p>a corrente de água quente.</p><p>b) Determine o coeficiente global de transferência de calor nas condições propostas no item a).</p><p>Justifique por que não é possível atingir as condições determinas para o item a).</p><p>c) Numa nova configuração, utiliza-se de escoamento em contracorrente, determine a vazão</p><p>mínima que deve ter a corrente da água quente e a efetividade deste trocador nesta nova</p><p>configuração.</p><p>Questão 2: (3,5)</p><p>Um trocador de calor de tubo duplo contracorrente, e com área de transferência de calor de 9,0 m2, é</p><p>utilizado para resfriamento de líquido (cp=3,15 kJ/kgK) a uma taxa de 10,0kg/s e uma temperatura de</p><p>entrada de 90ºC. o refrigerante (cp=4,2 0kJ/kg.K) entra no trocador de calor a uma taxa de 8,0 kg/s, a</p><p>uma temperatura de entrada de 10ºC. Os dados da fábrica indicaram a seguinte queção para o</p><p>coeficiente global de transferência de calor em W/m2K:</p><p>( )0,8 0,8</p><p>600</p><p>1,5 / 3 /</p><p>U</p><p>mf mq</p><p>=</p><p>+</p><p>, sendo mf e mq as vazões dos fluidos frio e quente, respectivamente, dadas em kg/s. Pede-se:</p><p>a) Calcule a taxa de transferência de calor e as temperaturas de saída dos fluidos para esta</p><p>unidade.</p><p>A unidade já existente deve ser substituída por dois outros trocadores de calor idênticos, isto é, com</p><p>diâmetro dos tubos atuais e das novas unidades iguais, porém com 5,0m2 de área de transferência de</p><p>calor. Qual é a razão entre as taxas de transferência de calor nova e antiga, nas seguintes</p><p>configurações.</p><p>b) Trocadores ligado em série.</p><p>c) Trocadores ligados em paralelo.</p><p>Questão 3: (3,5)</p><p>Um gerador de vapor d´água é formado por uma matriz de tubos de aço inoxidável (k=15W/mK), que</p><p>possui a configuração de núcleo do tipo CF-7.0-5/8J, com tubos com diâmetro interno de 13,8mm.</p><p>Os tubos estão instalados em um espaço cuja seção transversal quadrada mede 0,6m de lado com uma</p><p>área frontal de 0,36 m2. Gases de combustão, cujas propriedades podem ser aproximadas para a do ar</p><p>atmosférico, entram neste trocador a 900K e passam em escoamento cruzado sobre os tubos a uma</p><p>vazão de 3kg/s. Existem 11 colunas de tubos na direção do escoamento do gás. Se a água saturada a</p><p>2,455bar encontra-se em ebulição no interior dos tubos com um coeficiente de transferência de calor</p><p>por convecção de 10000 W(m2K), Determine:</p><p>a) A taxa de transferência de calor deste trocador, em kW</p><p>b) A temperatura de saída dos gases de combustão, oC.</p><p>c) A taxa de evaporação da água.</p><p>d) A perda de carga do ar escoando através deste trocador.</p><p>BOA PROVA!</p>