trocadores de calor-Lista_4_de_OP

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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