Lista de Exercícios Transmissão de Calor NP2 2017 1

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Lista de Exercícios – Transmissão de Calor – NP2 - 2017
Escoamento Interno
Um conceito utilizado para a captação da energia solar consiste na colocação de um tubo no ponto focal de um refletor parabólico (concentrador) e o escoamento de um fluido através deste tubo. O efeito líquido desta configuração se assemelha ao da criação de um fluxo térmico constante para o fluido ao longo da circunferência e do eixo do tubo. Considerando uma operação com água entrando no tubo a uma temperatura de mistura de 20 °C e vazão mássica de 0,01 kg/s, em um dia ensolarado no qual o fluxo térmico é de 2.000 W/m2, determine:
Dados: cP = 4181 J/Kg.K; k = 0,670 W/m.K; μ = 352.10-6 N.s/m2. Considerar condição plenamente desenvolvida de escoamento. 
O comprimento L do tubo necessário para obter uma temperatura de saída da água de 80°C; (Resp.: 6,66 m)
A temperatura da parede na saída do tubo para o escoamento plenamente desenvolvido. (Resp.: 121° C)
Óleo de motor escoa através de um tubo de 25 mm de diâmetro a uma vazão de 0,5 Kg/s. O óleo entra no tubo a uma temperatura de 25°C, enquanto a temperatura da superfície do tubo é mantida constante a 100°C. Determine a temperatura de do óleo na saída para um tubo de 5m de comprimento. (Resp.: 28,4°C)
Dados: cP = 2035 J/Kg.K; k = 0,141 W/m.K; μ = 0,0836 N.s/m2, Pr = 1205.
 
Etilenoglicol escoa com uma vazão de 0,01 Kg/s através de um tubo com parede delgada e diâmetro 3 mm. O tubo, em forma de serpentina, encontra-se submerso em um banho agitado de agua que é mantido a 25°C. Se o fluido entra no tubo a 85°C, que taxa de transferência de calor e comprimento do tubo são necessários para que o fluido saia a uma temperatura de 35°C? (Resp.: q = -1281 W e L = 15,4 m)
Considere escoamento laminar e escoamento em condição plenamente desenvolvida e use Nu = 3,66.
Dados: cP = 2562 J/Kg.K; k = 0,260 W/m.K; Pr = 1205.
Trocadores de Calor
Considere um trocador de calor casco-e-tubos nos quais os tubos possuem 0,0254 m de diâmetro externo. Este trocador é utilizado para resfriar uma solução de 95% de álcool etílico (calor específico igual a 3810 J/kg.K) de 66°C a 42°C, escoando a uma vazão de 6,93 kg/s. O fluido refrigerante é água (calor específico igual a 4187 J/kg.K) disponível a 10°C e 6,3 kg/s. O trocador possui 72 tubos e o coeficiente global de transferência de calor baseado na área externa de um tubo é igual a 568 W/m.K. Calcule a área de troca e o comprimento do trocador para cada uma das seguintes configurações:
Trocador com correntes em paralelo (Resp.: A = 42,2 m2 e L = 7,87 m)
Trocador em contra-corrente (Resp.: A = 34,9 m2 e L = 6,07 m)
Um trocador de calor de escoamento cruzado e tubos aletados deve usar o gás de exaustão de uma turbina a gás para aquecer agua pressurizada. Medidas em laboratório são efetuadas em uma versão protótipo do trocador, com área superficial de 10m2, para determinar o coeficiente global de transferência de calor como uma função das condições operacionais. Medidas efetuadas sob condições particulares, nas quais mq = 2 kg/s, Tq,ent = 325°C, mf = 0,5 kg/s e Tf,ent = 25°C, revelam uma temperatura de saída da agua de Tf,sai = 150°C. Qual é o valor do coeficiente global de transferência de calor no trocador? (Resp.: 156 W/m2.K)
Dados: Gás: cP = 1040 J/Kg.K Água: cP = 4203 J/Kg.K.
Um trocador de calor casco e tubos (dois passes no casco e quatro passes nos tubos) é usado para aquecer 10000 kg/h de agua pressurizada de 35° a 120°C, utilizando 5000 kg/h de agua pressurizada que entra no trocador a 300°C. Sendo o coeficiente global de transferência de calor igual a 1500 W/m2.K, determine a área de transferência de calor requerida. (Resp.: 5,2m2)
Dados: Água fria: cP = 4195 J/Kg.K Água Quente: cP = 4660 J/Kg.K.
Um trocador de calor com escoamento cruzado e único passe usa gases de exaustão quentes para aquecer uma vazão de 3 kg/s de agua (não misturada) de 30° até 80°C. Os gases de exaustão, que possuem propriedades termofísicas similares às do ar, entram e saem do trocador a 225° e 100°C, respectivamente. Sabendo que o coeficiente global de transferência de calor é de 200 W/m2.K, estime a área de transferência de calor necessária. (Resp.: 33,1m2)
Dados: Gás: cP = 1019 J/Kg.K Água: cP = 4184 J/Kg.K