Lista de trocadores de calor 2.

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Lista 2 (Trocadores de Calor) 
 
1) Um trocador de calor bitubular, que opera em contracorrente e é usado para resfriar 
óleo de motor, encontra-se em serviço há um longo período de tempo. A área da 
superfície de transferência de calor é de 38 w/m2K durante uma corrida para teste, óleo 
de motor, escoando a 0,1kg/s, é resfriado a 110⁰C para 66⁰C por água fornecida a 25⁰C 
e a uma vazão de 0,2kg/s. Determine se houve deposição durante o perido de serviço. 
Se houve, calcule o fator de deposição, Rd (m2K/W) 
 
2) Um trocador de calor bitubular (tubos concêntricos) em contracorrente é projetado 
para aquecer água de 20 a 80⁰C, utilizando óleo quente, que é projetado para aquecer 
água de 20 a 80⁰C, utilizando óleo quente que é alimentado na região anular a 160⁰C e 
retirado a 140⁰C. O tubo interno, com parede delgada, possui um diâmetro de Di= 20mm 
e o coeficiente global de transferência de calor é igual a 500 w/m2K. A condição de 
projeto exige uma taxa de transferência de calor total de 300W. 
 
a) Qual é o comprimento do trocador de calor? 
b) Após 3 anos de operação, o desempenho do trocador de calor é deteriorado pela 
presença de deposição no lado da água e a temperatura de saída da água é de 
somente 65⁰C para as mesmas vazões e temperaturas de entrada. Quais os valores 
correspondentes da taxa de entrada. Quais são os valores correspondentes da taxa 
de transferência de calor, da temperatura de saída do óleo, do coeficiente global de 
transferência de calor e do fator de deposição no lado água 𝑅𝑑,𝑓
′′ ? 
 
3) Um trocador de calor de casca e tubos, com um passe no casco e dois passes nos tubos, 
é usado como um regenerador para pré-aquecer leite antes que seja pasteurizado. Leite 
frio entra no regenerador a 𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡 = 5℃, enquanto leite quente, saindo do processo de 
pasteurização, entra a 𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡 = 70℃. Após deixar o regenerador, o leite aquecido entra 
em um segundo trocador de calor, que eleva a sua temperatura de 𝑇𝑓,𝑠𝑎𝑖 para 70⁰C. 
 
 
a) Um regenerador deve ser usado em um processo de pasteurização no qual a vazão do 
leite é �̇�𝑓 = �̇�𝑞 = 5𝑘𝑔/𝑠. Para essa vazão, o fabricante do regenerador especifica cum 
coeficiente global de transferência de calor de 2000 w/m2K. Sendo a efetividade 
desejada do regenerador igual a 0,5. Qual é a área de transferência de calor necessária? 
Quais são a taxa de recuperação de calor necessária? Quais são a taxa de recuperação 
de calor e as temperaturas de saída dos fluidos correspondentes? Pode-se considerar 
que o leite tenha as propriedades da água. 
b) Se o fluido quente no trocador de calor secundário obtém a sua energia da combustão 
de gás natural e o queimador tem uma eficiência de 90%, quais seriam as economias 
anuais sem energia e no custo do combustível associadas à instalação do regenerador? 
O processo opera continuamente ao longo do ano e o preço do gás natural é 𝐶𝑔𝑎 =
$0,0075/𝑀𝐽 
 
4) Um trocador de calor com escoamentos cruzados é formado por uma matriz de 32 tubos 
em um duto com 0,6 𝑚2. Água quente, a 150 Cͦ e com uma velocidade média de 0,5m/s, 
entra nos tubos, que possuem diametros interno e externo de 10,2 e 12,5mm. Ar 
atmosferico a 10 Cͦ entra no trocador a uma vazão volumetrica de 1 m3/s. o coeficiente 
convectivo na superficie externa dos tubos é de 400W/m2.K. Estime as temperaturas de 
saida dos fluidos. 
 
5) Um trocador de calor de placas aletadas é usado para condensar o vapor saturado de 
um refrigerante em um sistema de ar condicionado. O vapor tem uma temperatura de 
saturação de 45 ⁰C e uma taxa de condensação de 0,015kg/s é ditada pelas exigências 
de desempenho do sistema. A área frontal do condensador é fixada em 𝐴𝑡𝑟 = 0,25𝑚
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por exigências de instalação e um valor de ℎ𝑓𝑔 = 135𝑘𝐽/𝑘𝑔 pode ser admitida para o 
refrigerante. 
 
 
a) O projeto do condensador deve ser baseado em uma temperatura de entrada 
nominal de entrada do ar nominal de 𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡 = 30℃ e em uma velocidade do ar 
nominal V=2m/s, para a qual o construtor do núcleo do trocador de calor indica um 
coeficiente global de 𝑈 = 50𝑊/𝑚2𝐾. Qual é o valor correspondente da área de 
transferência de calor requerida para alcançar a taxa de condensação especificada? 
Qual é a temperatura de saída do ar? 
b) O construtor do trocador de calor informa também que 𝑉∞𝑉0,7. Durante a 
operação diária da temperatura de entrada do ar não é controlável e pode variar de 
27 a 38 ⁰C. se a área do trocador é fixada pelo resultado da parte (a), qual é a faixa 
de velocidades do ar necessárias para manter a taxa de condensação especificada? 
Represente graficamente a velocidade como uma função da temperatura de 
entrada do ar. 
 
6) Um serpentina de resfriamento é formada por uma matriz de tubos de alumínio 
(k=237W/mK) aletados, tendo a configuração do núcleo mostrada na figura 11.16 e um 
diâmetro interno de 13,8mm. Os tubos estão instalados em um espaço cuja seção 
transversal quadrada tem 0,4m de lado, oferecendo, dessa maneira, uma área frontal 
de 0,16 𝑚2. Ar atmosférico a 1,5 kg/s encontram-se em escoamento cruzado sobre os 
tubos, enquanto refrigerante-134ª liquido saturado a 1 atm evapora no interior dos 
tubos. Se o ar entra a 37⁰C e a sua temperatura de saída não deve exceder 17⁰C, qual é 
o numero mínimo de colunas de tubos que deve existir na direção do escoamento? Um 
coeficiente de transferência de calor por convecção de 5000W/m2K está associado à 
evaporação no interior dos tubos.