2a Lista de Exercícios ET 2017 01

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Equipamentos Térmicos – 2017/01 
 
Élcio Nogueira Equipamentos Térmicos Página 1 
 
Lista de Exercícios 02 – ET 2017/01 
Método DTML 
01 – Numa planta de processamento de alimentos, uma solução de salmoura é aquecida 
de -10,0ºC até -7,5ºC num trocador de calor de tubo duplo por meio de água entrando a 
40,0ºC e saindo a 25,0ºC com uma descarga de 0,18 kg/s. Se o coeficiente global de 
transferência de calor é 860 W/(m2 K), qual a área necessária do trocador de calor para: 
 a) correntes paralelas e 
b) contracorrente. 
02 – Óleo quente é usado para aquecer uma descarga de água de 0,15 kg/s, desde 45ºC 
até 90ºC num trocador de calor tubo duplo em contracorrente. Para um coeficiente global 
de transferência de calor de 320 W/(m2 K), calcular a área de transferência de calor se o 
óleo entra a 100ºC e sai a 60ºC. 
03 – Num trocador de calor tubo duplo em contracorrente, uma descarga de 0,50 kg/s é 
aquecida de 17,55ºC até 39,0ºC por um óleo de calor específico 1,51 x 103 J/(kg . K). O 
óleo entra no trocador a 92,55C e sai a 60,55ºC. Determinar a área de troca de calor para 
um coeficiente de transferência de calor global de 280.5 W/(m2 K). 
04 – Uma descarga de 0,63 kg/s de óleo quente [Cp=2,09 kJ/(kg . K)] escoa num trocador 
de calor em contracorrente, entrando a 190ºC e saindo a 65ºC. Óleo fino [Cp=1,67 kJ/(kg 
. K)] deixa trocador a 150ºC numa descarga de 1,3 kg/s. Qual a área necessária para 
efetuar a troca de calor se o coeficiente de transferência de calor global baseado na área 
interna é 0,75 kW/(m2 . K)? 
05 – Gases quentes entram num trocador de calor de correntes paralelas a 426,67ºC e 
saem a 260,00ºC, aquecendo 25,20 kg/s de água a 82,22ºC e sai a 315,56ºC. Qual é valor 
do coeficiente de transferência de calor global? 
06 – Um trocador de calor em contracorrente apresenta um coeficiente de transferência 
de calor global de 226,80 W/(m2 K) e uma área superficial de 83,61 m2. O fluido quente 
[Cp=3,56 kJ/(kg . K)] entra 93,33ºC com descarga 2,52 kg/s. O fluido frio [Cp=1,67 
kJ/(kg . K)] entra a 15,56ºC com descarga de 2,27 kg/s. Qual a taxa de transferência de 
calor? 
07 – Um trocador de calor em contracorrente é empregado para aquecer mc=2,5 kg/s de 
água desde Tc,af = 20ºC até Tc,ef = 80ºC, usando um gás quente de descarga quente 
[Cp=1.000 J/(kg . K)] que entra a Th,af = 220ºC e sai a Th,ef = 90ºC. O coeficiente de 
transferência de calor global é Um = 250 W/(m2 . ºC). Calcule a superfície de 
transferência de calor necessária. 
 
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08 – Um óleo de máquina, à média Ti = 80ºC e velocidade média Um = 0,2 m/s, flui no 
interior de um tubo de cobre horizontal, de paredes delgadas, com diâmetro interno Di = 
1,9 cm. Na superfície externa, flui, transversalmente ao tubo, o ar atmosférico, a 𝑇∞ =
15º𝐶 e 𝑈∞ = 5 𝑚/𝑠 . Desprezando a resistência da parede do tubo, calcule o coeficiente 
de transferência de calor global e a taxa de transferência de calor por unidade de 
comprimento do tubo. 
09 – A carga térmica de projeto de um resfriador de óleo vale �̇� = 500 𝑘𝑊. Calcule a 
superfície de transferência de calor necessária, A, se as diferenças de temperatura na 
entrada e na saída são, respectivamente, ∆𝑇0 = 40º𝐶 𝑒 ∆𝑇𝐿 = 15º𝐶, e o coeficiente de 
transferência de calor global igual a Um = 500 W/(m2 . ºC). 
10 – No lado do casco de um condensador de vapor há condensação de vapor de água a 
Th = 60ºC, enquanto a água de refrigeração flui no interior dos tubos, a uma vazão mc = 
3 kg/s. As temperaturas de entrada e de saída da água são 𝑇𝑐,𝑎𝑓 = 20º 𝑒 𝑇𝑐,𝑒𝑓 = 50º𝐶, 
respectivamente. O coeficiente de transferência de calor global Um = 2.000 W/(m2 . ºC). 
Calcule a área superficial necessária para satisfazer as condições enunciadas. 
11 - Num trocador de calor tipo tubo e carcaça, uma descarga de água igual a 0,45 kg/s é 
aquecida de 17,0ºC até 39,0ºC por um óleo de calor específico 1,51 x 103 J/(kg . K). O 
óleo entra no trocador a 93,0 ºC e sai a 66,0ºC. Determinar a área de troca de calor para 
um coeficiente de transferência de calor global de 280.5 W/(m2 K ) considerando água 
escoando em um passe na carcaça e óleo escoando em dois passes no tubo. 
12 – Repetir o problema do item anterior com dois passes na carcaça e quatro passes nos 
tubos. 
13 - Óleo quente é usado para aquecer uma descarga de água de 0,20 kg/s, desde 48ºC até 
92ºC num trocador de calor tipo tubo e carcaça. Para um coeficiente global de 
transferência de calor de 300 W/(m2 K), calcular a área de transferência de calor se o óleo 
entra a 90ºC e sai a 55ºC. A água escoa na carcaça e o óleo pelos tubos, sendo que o 
trocador tem um passe na carcaça e dois nos tubos. 
14 – Um trocador de calor de correntes cruzadas com ambos os fluidos não misturados é 
usado para aquecer água [Cp = 4,181 kJ/(kg – K)] de 40ºC a 80ºC, com descarga de 1,2 
kg/s. Qual o coeficiente de transferência global de calor se o fluído de aquecimento é óleo 
de motor [Cp = 1,9 kJ/(kg – K)] entrando a 110ºC com descarga de 3,0 kg/s? A área de 
transmissão de calor é igual a 20 m2. 
15 – Estimar a área superficial de um trocador de calor de correntes cruzadas com ambos 
os fluidos não misturados para resfriar 6,30 kg/s de ar de 48,89ºC a 37,78ºC com 14,49 
kg/s de água a 15,56ºC. Considerar que o valor médio do coeficiente global de 
transferência de calor seja 170 W/(m2-K). 
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16 – Que erro teria sido introduzido no problema anterior se a diferença média aritmética 
de temperatura, definida por ∆𝑇̅̅̅̅ 𝑎𝑚 = (
∆𝑇0+∆𝑇𝐿
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), tivesse sido utilizada em vez da 
diferença média logarítmica de temperatura ∇𝑇𝑙𝑛 ? 
17 – Deve-se projetar um trocador de calor de um passe no casco e dois passes nos tubos, 
para aquecer �̇�𝐶 = 0,5 𝑘𝑔/𝑠 de água que entra pelo lado do caso a 𝑇𝑐,𝑎𝑓 = 10º𝐶. O 
fluido quente, óleo, entra nos tubos a 𝑇ℎ,𝑎𝑓 = 80º𝐶 e �̇�ℎ = 0,5 𝑘𝑔/𝑠, e sai do trocador 
𝑇ℎ,𝑒𝑓 = 30º𝐶. Coeficiente de transferência de calor global é igual a 𝑈𝑚 =
250 𝑊/(𝑚2 º𝐶). Calcule a área total da superfície necessária. A. 
[Cph = 2,0 kJ/(kg – K)] ; [Cpc = 4,181 kJ/(kg – K)]