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P2 CSF 2

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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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