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Instituto de Ciência e Tecnologia Bacharelado em Ciência e Tecnologia Unidade Curricular: Operações Unitárias II (DEQ 08) Prof: Marcos Vinícius Rodrigues 2ª Avaliação - CSF DURAÇÃO: 180 min Data: 07/09/2013 NOME: Matrícula: Observações: 1) A prova é individual e sem consulta. É permitido somente o uso de lápis, caneta azul ou preta, régua e calculadora; Não é permitido o uso de telefones CELULARES; 2) O valor máximo de cada questão só será obtido se o aluno apresentar a resposta de forma clara, especificando o significado dos elementos utilizados, as equações com todos os cálculos e unidades, hipóteses simplificadoras juntamente com as conclusões requeridas nos enunciados; 3) Não pergunte. O entendimento das questões também faz parte da prova. QUESTÃO 1 (1,5 ponto): Assinale (V) Verdadeiro ou (F) Falso nas afirmativas a seguir e justifique caso seja falsa a afirmação. Uma afirmativa assinalada de forma incorreta ANULA certa. Na alocação de correntes o fluido mais incrustante deve ser alocado no lado do tubo em razão da facilidade de limpeza ( ); O fluido com maior viscosidade deverá ser alocado no lado tubo, pois será mais fácil atingir o regime turbulento devido a forma de escoamento ( ); O fluido com maior pressão deverá ser alocado deve ser alocado no lado do casco, pois tubos com pequenos diâmetros e espessuras de paredes normais resistem a pressões elevadas ( ); No caso de evaporadores de 3 efeitos a pressão no segundo evaporador deverá ser a menor entre os três devido ao maior efeito do ponto de ebulição da solução que deixa o primeiro efeito ( ); A alimentação da solução em um evaporador com temperatura menor que a temperatura dentro deste ocasiona maior economia de vapor devido a vaporização flash ( ); QUESTÃO 2 (2 pontos): Um aquecedor de ar é constituído por um tubo de aço (k = 20 (W/m2.K)), com raios interno e externo r1 = 13 mm e r2 = 16 mm, respectivamente, e oito aletas longitudinais usinadas no tubo, cada uma com espessura t = 3 mm. As aletas se estendem até um tubo concêntrico, que possui raio r3 = 40 mm e está isolado na sua superfície externa. Água a uma temperatura Ti = 90 oC, escoa através do tubo interno, enquanto ar, a Te = 25 oC escoa através da região anular. a) Esboce o circuito térmico equivalente do aquecedor e relacione cada resistência térmica aos parâmetros apropriados do sistema; b) Se hi = 5000 W/m2⋅K e he = 200 W/m2⋅K, qual a taxa de transferência de calor por unidade de comprimento? QUESTÃO 3 (2,0 PONTOS): A água entra num trocador de calor com fluxo cruzado (ambos os fluidos não misturados) a 22 ºC flui a uma taxa de 5,5 kg / s para esfriar 8,7 kg / s de ar a 135 °C. Para um coeficiente global de transferência de calor de 106,25 kW/m2. K e uma área superficial de troca térmica de 345 m2, qual é a temperatura de saída do ar? Cpar = 1014 kJ/kg.K e Cpágua = 4182 kJ/kg.K. QUESTÃO 4 (2 pontos): Em um laticínio, leite, a uma vazão de 250 litros/hora e a uma temperatura do corpo da vaca de 38,6 °C, deve ser refrigerado até uma temperatura segura para armazenamento de 13 °C ou menos. Água do subsolo a 10 °C está disponível a uma vazão de 0,72 m³/h. A massa específica do leite é 1030 kg/m³ e seu calor específico (cp) é 3860 J/(kg.K). Dados: massa específica da água= 1000 kg/m³ a) Determine o produto UA de um trocador de calor em contracorrente necessário para o processo de refrigeração. b) Determine o comprimento do trocador, se o tubo interno tiver diâmetro de 50 mm e o coeficiente global de transferência de calor for de U= 1000 W/ (m².K). c) Determine a temperatura de saída da água. QUESTÃO 5 (2,5 pontos): Um evaporador de efeito simples é usado para concentrar 4800 kg/h de uma solução de NaOH de 10% a 50% (em massa). A pressão no evaporador é de 150 mmHg. É usado vapor saturado a pressão de 180 kPa. O coeficiente global de transmissão de calor é 1320 Kcal/m2hoC, a temperatura de alimentação é de 80 ºC . Calcular: S, λ, PS, TS, L, hL, V, HV, P1, T1, a área da superfície de aquecimento e o consumo de vapor. Dados: -Calor específico da alimentação = 0,95 Kcal/KgoC. -Calor específico do concentrado = 0,85 Kcal/KgoC. -Elevação do ponto de ebulição para a solução a 10% em peso = 2oC. -Elevação do ponto de ebulição para a solução a 50% em peso = 8oC. Equacionamento: dx dT kq x −= " ( )∞−= TThq Sx" TAUqx ∆= .. t x R T q ∑ ∆ = AUq T RR ttot . 1 = ∆ ==∑ Ak L R condt . , = ( ) Lk rr R condt ...2 /ln 12 , π = Ah R convt . 1 , = trAk Ph m . . = ( ) c c a Lm Lm . .tanh =η ( ) ba t a tt A AN Ahq θη −−= 1 . 1. ( )2122.2 rrA ca −= π ��� = �� + ���� k Lh Bi c . = −= − − = ∞ ∞ t cV Ah TT TT S ii . .. . exp ρθ θ ( ) tt SS t CRcV AhAh cV = == .. . 1 . .. ρ ρ τ S c A V L = LC = L para parede com espessura 2L; LC = r0/2 para cilindro de raio longo; LC = r0/3 para esfera. �� ����� = �������� ������� �� ������������ �� ���� = �������� ������� �� ������������ � = �. !. ∆# ∆# = $. �� ���� % = ���������� & = ����� ����� minC A.U NTU = max min C C C = pC.mC &= )()( min ent,fent,qpmáx TT.C.mq −= & ; q q máx =ε dx dT kq x −= " ( )∞−= TThq Sx" TAUqx ∆= .. � = '�'/)*�+�'/),�+�-� Escoamento Contracorrente .� = ' �/�� 01 � 2�'2.�/�'� 1 in = 2,54 cm; 1 atm = 760 mmHg = 1,013 bar = 101325 Pa; 1 kgf = 9,8 N Boa Prova !!!
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