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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA OPERAÇÕES UNITÁRIAS Lista de Exercícios 4 (Trocadores de calor) 1. Em um trocador de calor duplo tubo, 4.500 kg/h de água entram a 15°C e resfriam 9.000 kg/h de um óleo que tem calor específico de 0,5 kcal/(kg×°C), de 90°C para 65°C, em contracorrente. Sabendo-se que o coeficiente global de transmissão de calor é 240 kcal/(h×m2×°C), determine a área superficial requerida. Dado: cp, água = 1 kcal/(kg×°C). 2. Um trocador de calor duplo tubo será usado para resfriar óleo de 120 a 50 °C a uma vazão de 20 l/min utilizando água a 20 °C como fluido de resfriamento. O trocador consiste de seções de 4 m de comprimento de tubos de cobre ¾ in BWG16 e tubo externo de cobre de 1,5 in BWG16. A água escoa no espaço anular. Quantas seções devem ser utilizadas para: a) Escoamento em corrente paralela b) Escoamento em contracorrente Dados: U=500 Kcal/h; cpóleo=0,55 Kcal/Kg°C; ρóleo=0,81 g/cm3, Vágua=91,44 cm/s 3. 90000 Kg/h de um hidrocarboneto (cp=0,45Kcal/Kg°C) são resfriados de 70 °C a 40 °C por meio de uma corrente de água que se aquece de 20 °C a 35 °C. Deve ser utilizado um trocador de calor casco e tubos 1-2 com tubos de 4 m de comprimento, diâmetro externo de 2,54 cm e interno de 2,21 cm. A água escoa no interior dos tubos. Calcular o número de tubos do trocador e a área de escoamento para a água. Considere U = 1400 Kcal/h.m2°C. 4. Uma indústria necessita resfriar 2022 kg/h de naftaleno de 129 °C a 93 °C utilizando água como fluido frio. A água entra na seção anular de um trocador de calor duplo tubo a 30 °C e sai a 40 °C. O diâmetro nominal externo do tubo interno e de 1 ¼ in IPS e o fator de incrustação para apenas uma limpeza naual e de 3,42.10-4 m2°C/W. Se o coeficiente global de polimento é igual a 620 W/m2°C, determine: a) A vazão de água de resfriamento b) O comprimento da tubulação e o número de grampos se for utilizado um trocador em escoamento contracorrente. c) O comprimento da tubulação e o número de grampos se for utilizado um trocador em escoamento paralelo. 5. Um trocador de calor duplo tubo com configuração contracorrente é utilizado para resfriar o óleo lubrificante de um grande motor de turbina a gás industrial. A vazão mássica da água de resfriamento através do tubo interno (Dtuboint=25 mm) é de 0,2 Kg/s, enquanto a vazão de óleo através da região anular (Dtuboext = 45 mm) é de 0,1 Kg/s. O óleo e a água entram a temperaturas de 100 °C e 30 °C, respectivamente. Qual deve ser o comprimento do trocador se a temperatura de saída do óleo deve ser de 60 °C. Dados: Para o óleo: cp = 2131 J/(Kg.K) µ = 3,25.10-2 N.s/m2 k = 0,138 W/(m.K) Para a água: cp = 4178 J/(Kg.K) µ = 725.10-6 N.s/m2 k = 0,625 W/(m.K) Para o cálculo de h: - Escoamento turbulento em dutos: Nu = 0,023.Re4/5.Prn n = 0,4 para aquecimento (Tparede> Tmédia) n = 0,3 para resfriamento (Tparede< Tmédia) - Escoamento laminar (Tparede uniforme) Nu = 3,66 Nu = h.D/k; Re = V.ρ.D/µ; Pr =cp.µ/k - Escoamento laminar em regiões anulares circulares com uma superfície isolada e a outra a temperatura constante. Dtuboint/ Dtuboext Nu 0 - 0,05 17,46 0,1 11,56 0,25 7,37 0,5 5,74 ≈ 1,00 4,86
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