RESOLUÇÃO LISTA - Trocadores de calor

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Trocadores de calor
Exercício 1. O aquecimento de um óleo leve (cp=0,8 Kcal/Kg.oC) de 20oC até
120oC está sendo feito usando um trocador multitubular tipo TC-1.8 (FT = 0,8)
trabalhando em contra-corrente com um total de 80 tubos (i =1,87" e e=2”) de
3m de comprimento. Vapor d'água a 133oC (Hv=516 Kcal/Kg) e vazão de 2650
Kg/h está sendo usado para aquecimento, condensando no interior do casco.
Considerando coeficientes de película de 2840 Kcal/h.m2.oC para o óleo e de
5435 Kcal/h.m2.oC para o vapor e que a densidade do óleo é 0,75 Kg/dm3,
determine o fator fuligem do trocador.
Exercício 3. Um trocador de calor deve ser construído para trabalhar em modo
contra corrente e resfriar 25000 Kg/h de álcool (cp = 0,91 Kcal/Kg.°C) de 65°C
para 40°C, utilizando 30000 Kg/h de água (cp = 1 Kcal/Kg.ºC) que está
disponível a 15°C. Admitindo coeficiente global (sujo) de transferência de calor
de 490 Kcal/h.m2.oC, determinar :
a) O comprimento do trocador tipo duplo tubo necessário, considerando que o
diâmetro externo do tubo interno é 100 mm;
b) O número de tubos (e = 25 mm) necessários para um trocador multitubular
tipo TC-1.2 com FT = 0,9 e 7 m de comprimento.
Exercício 4. Uma "máquina de chope" simplificada foi construída a partir de um
trocador tipo serpentina. Este trocador consiste de uma caixa cúbica de 50 cm
de lado, perfeitamente isolada externamente, onde foram dispostos 50 m de
serpentina de 10 mm de diâmetro externo. A serpentina, por onde passa a
chope, fica em contato com uma mistura gelo-água a 0°C. Considerando os
coeficientes de película interno e externo à serpentina iguais a 75 e 25
kcal/h.m2.°C, respectivamente, e que a serpentina é um trocador de calor de
passes únicos e “limpos”, determinar:
a) o fluxo de calor transferido para a mistura água-gelo considerando que o
chope entra a 25°C e sai a 1°C;
b) o número de copos de 300 ml que devem ser tirados em 1 hora para que a
temperatura do chope se mantenha em 1°C, considerando que o calor
específico e a densidade do chope são iguais a 0,78 kcal/kg.°C e 1 Kg/dm3,
respectivamente.
Considere a densidade do gelo = 935 kg/m3 e ΔHgelo = 80,3kcal/kg; considere a
densidade do chope igual à da água.
Exercício 5. Gases quentes de exaustão, que entram em um tubo aletado de
um trocador de calor com correntes cruzadas a 300°C e saem a 100°C, são
utilizados para aquecer água pressurizada a uma vazão de 1kg/s de 35 a
125°C. O calor específico do gás de exaustão é, aproximadamente 1000 J/kg
K e o coeficiente global de transferência de calor baseado na área da
superfície do lado do gás Uh = 100 W/m2 K. Determine a área necessária da
superfície do lado do gás Aq, utilizando o método do NUT. Considere as
seguintes propriedades: água (Tf = 80°C, cp,f = 4197 J/kg.K), gases de
exaustão cp,q = 1000 J/kg.K)
Exercício 6. Considere o projeto do trocador de calor do exercício, ou seja, um
trocador com tubos aletados e escoamento cruzado, com um coeficiente global
de transferência de calor baseado na área no lado do gás e uma área no lado
do gás de 100W/m2.K e 40m2, respectivamente. A vazão mássica e a
temperatura de entrada da água permanecem iguais a 1 kg/s e 35°C.
Entretanto, uma mudança nas condições operacionais do gerador de gases
quentes faz com que os gases passem a entrar no trocador de calor a uma
vazão de 1,5 kg/s e a uma temperatura de 250°C. Qual é a taxa de
transferência de calor no trocador de calor e quais são as temperaturas de
saída do gás e da água?