Prova de Sistemas termicos

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CENTRO UNIVERSITÁRIO AUGUSTO MOTTA 
CURSO: Engenharia Mecânica 
TURMA: MEC0801N VISTO DO COORDENADOR PROVA TRAB. GRAU RUBRICA DO PROFESSOR 
DISCIPLINA: GMEC1030 – Sistemas Térmicos AVALIAÇÃO REFERENTE: A1 X A2 A3 
PROFESSOR: Hildson Rodrigues de Queiroz MATRÍCULA: Nº NA ATA: 
DATA: 14/04/2020 NOME DO ALUNO: 
 
 A imagem abaixo mostra uma Unidade Estacionária de Produção (UEP), responsável pelo 
processamento primário do petróleo oriundo dos poços marítimos. Realizar o processamento primário do 
petróleo significa separar o fluido que chega à UEP em suas fases óleo, água e gás. Como esse fluxo 
multifásico escoa nos dutos submarinos em regime turbulento, ele chega na UEP com emulsão água-óleo. 
Então um dos principais objetivos iniciais da separação das fases é “quebrar” essa emulsão. Essa “quebra” 
é conseguida por meio da injeção de produtos químicos na corrente de fluidos, denominado 
DESEMULSIFICANTE (detergente), e do fornecimento de calor ao fluxo. 
 O tratamento dos fluidos ocorre na planta de processamento e, como mencionado acima, essa planta 
contém trocadores de calor para auxiliar o processo da eliminação das emulsões. Além dos trocadores de 
calor da planta de processo, uma UEP também possui um sistema de resfriamento responsável pelo 
arrefecimento dos diversos equipamentos dinâmicos constituintes da unidade. 
 
 
 Seguem questões referentes a TROCADORES DE CALOR para que sejam solucionadas e 
entregues valendo a nota da Avaliação 1. 
 
Questão 1 (Nível 2 - 2,0 pontos) 
Acerca da incrustação em trocadores de calor, responda aos questionamentos abaixo: 
a) Com relação à eficiência térmica de um trocador de calor, explique de que forma a incrustação pode 
afetar essa eficiência; 
b) Faça uma pesquisa e liste quais os principais tipos de incrustação em trocadores de calor e os 
principais motivos de sua ocorrência. 
 
Questão 2 (Nível 1 – 2,0 pontos) 
Nas UEPs existem recuperadores de calor chamados de WHRU (waste heat recovery unit), que aproveitam 
os gases de exaustão de turbinas para aquecer a água que irá fornecer calor ao petróleo para acelerar a etapa 
do seu tratamento de quebra de emulsões. Abaixo uma imagem ilustrativa. 
 
Baseado em dados reais, resolva a questão abaixo: 
 
Água, a uma vazão de 45.500 kg/h, é aquecida de 80°C até 150°C em um trocador de calor de tubo duplo 
de configuração contracorrente que possui uma área superficial total de 925 m². Gases quentes de exaustão, 
que têm aproximadamente as mesmas propriedades termofísicas do ar, entram no trocador a 350°C e o 
deixam a 175°C. Determine o coeficiente global de transferência de calor. 
Dado: cP da água = 4236 J/kg×K. 
 
 
Questão 3 (Nível 3 - 2,0 pontos) 
Um trocador de calor de tubo duplo, em configuração de contracorrente e com área efetiva de troca térmica 
de 9,0 m² é utilizado para resfriamento de liquido (cp 3,15 kJ/kg.K) a uma taxa de 10,0 kg/s e uma 
temperatura de entrada de 90 °C. O refrigerante (cp = 4,2 kJ/kg.K) entra no trocador de calor a uma taxa de 
8,0 kg/s, a uma temperatura de entrada de 10 °C. Os dados da fábrica indicaram que a seguinte equação 
deve ser usada para o cálculo do coeficiente global de transferência de calor em W/m².K: 
 
 
, 
 
onde c e h são as vazões mássicas dos fluidos frio e quente, em kg/s, respectivamente. Calcule a taxa de 
transferência de calor e as temperaturas de saída dos fluidos para esta unidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Questão 4 (Nível 2 - 2,0 pontos) 
Um fluido de processo, com calor específico de 3500 J/(kg · K) e escoando a 2 kg/s, deve ser resfriado de 
80°C a 50°C com água gelada, que é fornecida a uma temperatura de 15°C e a uma vazão de 2,5 kg/s. 
Considerando um coeficiente global de transferência de calor igual a 2000 W/(m² · K), calcule as áreas de 
transferência de calor necessárias para as seguintes configurações de trocadores de calor: (a) escoamento 
paralelo, (b) escoamento contracorrente, e (c) casco e tubos, um passe no casco e 2 passes nos tubos. 
 
Questão 5 (Nível 2 - 2,0 pontos) 
Um trocador de calor casco e tubos (dois passes no casco e quatro passes nos tubos) é usado para aquecer 
10.000 kg/h de água pressurizada de 35 a 120°C (cpc = 4195 J/kg.K), utilizando 5000 kg/h de água 
pressurizada que entra no trocador a 300°C (cph = 4660 J/kg.K). Sendo o coeficiente global de transferência 
de calor igual a 1500 W/(m²· K), determine: 
 
a) A taxa de transferência de calor do Trocador; 
b) A temperatura de saída da água pressurizada, em K; e 
c) A área de transferência de calor requerida.