MEC114 Exercícios TC2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO 
ESCOLA DE MINAS 
DECAT – Engenharia Mecânica 
 
 
 
SISTEMAS TÉRMICOS 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
 
1) Uma corrente de água, à temperatura média (Tm) de 80°C e à velocidade média (um) de 0,15 m/s, flui no 
interior de um tubo de cobre de paredes delgadas, com diâmetro interno de 2,5 cm. Uma corrente de ar 
atmosférico, a T igual a 20°C e velocidade u igual a 10 m/s flui transversalmente ao tubo. Desprezando 
a resistência da parede do tubo, calcule o coeficiente de transferência de calor global e a taxa de perda de 
calor por metro de tubo. 
 
2) Um trocador de calor de correntes paralelas tem fluido quente entrando a 120ºC e saindo a 65ºC, 
enquanto fluido frio entra a 26ºC e sai a 49ºC. Calcule a diferença média de temperaturas e a diferença 
média logarítmica de temperaturas. 
 
3) Um trocador de calor de correntes contrárias tem fluido quente entrando a 120ºC e saindo a 82ºC, 
enquanto fluido frio entra a 15ºC e sai a 110ºC. Calcule a diferença média de temperaturas e a diferença 
média logarítmica de temperaturas. 
 
4) Etileno glicol é aquecido de 20ºC a 40ºC com uma taxa de 1,0 kg/s em um tubo horizontal de cobre (k = 
386 W/m.K), com um diâmetro interno de 2,0 cm e um diâmetro externo de 2,5 cm. Vapor saturado (Tg = 
110ºC) condensa sobre a superfície externa do tubo com um coeficiente de transferência de calor dado 
por 9,2/(Tg – Tw)-0,25 [kW/m2.K], sendo Tw a temperatura média da parede externa do tubo. Qual o 
comprimento de tubo que deve ser utilizado? Considerar as propriedades do etileno glicol como  = 1109 
kg/m3; Cp = 2428 kJ/kg.K; k = 0,253 W/m.K;  = 0,01545 kg/m.s e Pr = 148,5. 
 
5) Um trocador de calor de tubo duplo em contracorrente resfria etileno glicol (Cp = 2,56 kW/kg.K) escoando 
a uma taxa de 3,5 kg/s, de 80ºC para 40ºC, tendo um coeficiente de convecção de 400 W/m2.K. O tubo 
interno do trocador possui diâmetro interno de 2 cm e espessura desprezível. O diâmetro interno do tubo 
externo é 3 cm e o trocador está bem isolado. Para o resfriamento do etileno glicol utiliza-se água, que 
escoa na parte anular do trocador, entrando a 20ºC e saindo a 70ºC. Determine (a) a taxa de transferência 
de calor, (b) a vazão mássica da água, (c) o coeficiente global de transferência de calor e (d) o 
comprimento do trocador de calor. 
 
Água
Corrente de ar
Água
Corrente de ar
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO 
ESCOLA DE MINAS 
DECAT – Engenharia Mecânica 
 
 
6) Água entra nos tubos de 2,5 cm de diâmetro interno de um trocador de calor de tubo duplo em 
contracorrente a 20ºC com uma taxa de 3 kg/s. Ela é aquecida pela condensação de vapor a 120ºC no 
casco. Determinar o comprimento do tubo necessário para aquecer a água até 80ºC. 
 
7) Um trocador de calor de duplo tubo de parede fina em contracorrente deve ser usado para resfriar 2 kg/s 
óleo (Cp = 2200 J/kg.K) de 150ºC para 40ºC com 1,5 kg/s de água a 22ºC na entrada. O diâmetro do tubo 
é de 2,5 cm e seu comprimento é 6 metros. Determinar o coeficiente global de transferência de calor 
deste trocador de calor. 
 
8) Água fria (15ºC) conduzida para uma ducha entra em um trocador de calor de tubo duplo de parede fina 
em contracorrente, a uma taxa de 1,25 kg/s, é aquecida até 45ºC com água quente, que entra a 100ºC, a 
uma taxa de 3,0 kg/s. Se o coeficiente global de transferência é de 880 W/m2.K, determinar a taxa de 
transferência de calor e a área de troca térmica do trocador. 
 
9) Etanol é vaporizado a 78ºC (hL = 846 kJ/kg) em um trocador de calor duplo tubo de escoamento paralelo a 
uma taxa de 0,03 kg/s por óleo quente (Cp = 2200 J/kg.K) que entra a 120ºC. Se a superfície de 
transferência de calor e o coeficiente global de calor forem 6,2 m2 e 320 W/m2.K, respectivamente, 
determinar a temperatura de saída e a vazão mássica do óleo usado através do (a) método da diferença 
média logarítmica de temperaturas e (b) método da efetividade. 
 
10) Em uma caldeira queimando carvão foi realizado um ensaio para medição de sua eficiência. O calor 
absorvido pela caldeira (HL) de 74,8% do PCS do combustível, os resultados da análise gravimétrica do 
carvão usado estão mostrados na tabela 1 e os resultados da análise dos gases estão mostrados na 
tabela 2. A temperatura do ar e do combustível na entrada da fornalha medida foi de 23,2ºC, a 
temperatura dos gases de exaustão medidas na chaminé foi de 233ºC. A umidade relativa do ar no dia foi 
de 70%. A temperatura do vapor saturado na caldeira é de 182ºC, a vazão mássica de carvão queimado é 
de 908 kg/h, a quantidade de cinzas e escórias produzidas totalizou 190,68 kg/h, a porcentagem de 
carbono encontrado nas cinzas e escórias foi de 18%. Considere a pressão barométrica de 760 mmHg. 
 
Tabela 1: Análise gravimétrica do carvão usado na caldeira. 
Elemento 
Carbono 
(C) 
Hidrogênio 
(H) 
Nitrogênio 
(N) 
Oxigênio 
(O) 
Enxofre 
(S) 
Umidade 
Cinzas 
(A) 
PCS 
(kcal/kg) 
Percentagem 62 4 1 8 14 8% 3% 6608 
 
Tabela 2: Resultado da análise dos gases de exaustão da caldeira. 
CO2 CO O2 N2 T (ºC) 
13% 1% 5% 81% 233