Lista 1 de OP2 sem 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/m
2
K, determinar uma 
estimativa inicial da área de troca térmica do equipamento para a execução do serviço. 
 
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. 
 
Problema 3: 
 Um trocador de calor contracorrente com 30 m
2
 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/m
2
K para o coeficiente global de transferência 
de calor. 
 
Problema 4: 
 Após entrar em operação, o trocador do problema anterior, devido a problemas de 
manutenção na operação da torre de resfriamento, deverá a receber a corrente de água a uma 
temperatura de 35 ºC. Neste caso, qual será o valor da temperatura de saída do óleo. 
 
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/cm
2
g (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/m
2
K e 8000 W/m
2
K, 
respectivamente. As resistências de depósito em ambos os lados do trocador podem ser 
consideradas iguais a 0,0002 m
2K/W. Determinar uma proposta preliminar de projeto com 
10% de excesso de área. 
 
 
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