Lista 1 de OP1 com Gabarito

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Operações Unitárias II Lista 1 Problema 1: Um trocador de calor deve ser projetado para pré-aquecer uma vazão de 10.000 kg/h de água de caldeira de 110 ºC até 200 ºC utilizando uma corrente de gás de chaminé com vazão de 100.000 kg/h, disponibilizada a uma temperatura de 300 ºC. Considerando uma configuração de escoamento com uma passagem no casco e duas passagens nos tubos, com coeficiente global de transferência de calor equivalente a 400 W/m2K, determinar uma estimativa inicial da área de troca térmica do equipamento para a execução do serviço. R: 21,96 m2 Problema 2: Considerando o projeto relativo ao problema anterior em um cenário onde a vazão de água de caldeira for aumentada em 50%, qual será o novo valor de temperatura de saída alcançado para a água. Observe que como o coeficiente global de transferência de calor é determinado basicamente pelo comportamento da corrente de gás, nesta análise este pode ser considerado constante. R: 176,3°C Problema 3: Um trocador de calor contracorrente com 30 m2 será utilizado para resfriar uma corrente de óleo com vazão de 75.000 kg/h de 100 ºC até 60 ºC utilizando água de resfriamento a 30 ºC e retorno a 40 ºC. Avaliar o excesso de área disponível no equipamento para o serviço. Assumir um valor de 2000 W/m2K para o coeficiente global de transferência de calor. R: 55,8% Problema 4: Após entrar em operação, o trocador do problema anterior, devido a problemas de manutenção na operação da torre de resfriamento, deverá receber a corrente de água a uma temperatura de 35 ºC. Neste caso, qual será o valor da temperatura de saída do óleo. R: 56,45°C Problema 5: Uma corrente de água a 40 ºC com vazão 20.000 kg/h deve ser aquecida até 120 ºC através da passagem desta corrente em um trocador de calor casco-e-tubos. O trocador deve possuir uma passagem no casco e quatro passagens nos tubos, sendo construído com tubos de 3/4 in de diâmetro BWG 16 de aço inox. Para executar este serviço é utilizado vapor saturado a 4,2 kgf/cm2g (água escoa nos tubos e o vapor escoa no casco). O coeficiente de convecção no lado do tubo e no lado do casco podem ser estimados como 1000 W/m2K e 8000 W/m2K, respectivamente. As resistências de depósito em ambos os lados do trocador podem ser consideradas iguais a 0,0002 m2K/W. Determinar uma proposta preliminar de projeto com 10% de excesso de área. R: 59,36m2 
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Tabela de Propriedades Físicas: Material ρ (kg/m3) Cp (J/kgºC)  (Pas) k (W/mK) Gás de chaminé 0,8 1000 25010-7 0,040 Água 1000 4200 1,010-3 0,60 Óleo 800 2000 0,0725 0,14 Aço inoxidável 7900 477 - 20