Primeira lista de exercícios

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Operações Unitárias B – Engenharia Química 
Prof. Milena Guedes Maniero Ferreira 
 
Primeira Lista de Exercícios 
 
1 – Um trocador de calor casco e tubo deve ser construído para aquecer a água que irá 
alimentar uma caldeira. O líquido frio é água proveniente da central de utilidades da 
indústria. O trocador contém tubos de aço carbono, com diâmetro igual a 2,5 cm. Água 
fria escoa pelo interior dos tubos entrando a 30 °C e saindo a 50 °C, enquanto a água 
quente entra a 80 °C. As taxas mássicas da água fria e da água quente que alimentam o 
trocador de calor são 15 kg/s e 30 kg/s respectivamente. O coeficiente global de troca 
térmica é 250 W/m².K. Considere a massa específica e o calor específico iguais a 1000 
kg/m³ e 4200 J/kg.K respectivamente, independente da temperatura. Considere o fator de 
correção igual a 0,9. Se o comprimento de 1 tubo para 1 passe for 2,1 m, calcule o número 
de tubos que esse trocador de calor casco-tubo 1-2 deve ter. 
 
2 – Tem-se um trocador casco e tubo no qual o fluido quente entra no casco a 240 oC e 
sai a 120 oC, enquanto o fluido frio entra nos tubos a 70 oC e sai a 130 oC. Calcule a 
variação de temperatura no trocador de calor se: 
a) trocador é casco e tubo 1-2; 
b) trocador é casco e tubo 2-4. 
 
3 – Considere um trocador de calor casco-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 oC a 42 oC, 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 oC 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/m2.K. Calcule a área de troca 
e o comprimento do trocador para cada uma das seguintes configurações: 
a) Trocador com correntes em paralelo; 
b) Trocador em contracorrente. 
 
4 – Um trocador de calor casco-tubo de um passe no casco e dois passes nos tubos é 
utilizado para refrigerar um determinado óleo. O refrigerante é água com uma vazão 
mássica de 4,082 kg/s e que adentra o trocador pelos tubos a uma temperatura de 20 oC. 
O óleo entra do lado do casco com uma vazão mássica de 10 kg/s e as temperaturas de 
entrada e saída são de 90 oC e 60 oC. O coeficiente global de transferência de calor é igual 
a 262 W/m2.K. Os calores específicos da água e do óleo são 4179 e 2118 J/kg.K, 
respectivamente. Calcule a área de troca. 
 
5 – 60 000 lb/h de ácido acético a 240ºF devem ser enviadas ao armazenamento a 120ºF. 
O resfriamento será conseguido utilizando água, entrando a 80 e saindo a 140ºF. 
Considere um fator de incrustação combinado de 0,005. Dispomos para este serviço de 
um trocador com 23 ¼ in de diâmetro interno e 302 tubos BWG11 com diâmetro externo 
de ¾ in e 13 ft de comprimento. Pergunta-se: que trocador precisamos para realizar esta 
tarefa (CT 1-2 ou CT 2-4)? 
 
Questões de concursos 
6 – (SFE, 2009) Um trocador de calor casco-tubo é composto por um feixe de tubos e um 
casco que o envolve. Considerando essa proposição, é correto afirmar que: 
a) a área de troca térmica de um trocador de calor casco-tubo que opere em 
contracorrente é maior do que aquela de um que opere em co-corrente. 
b) as incrustações existentes nas superfícies interna e externa nos tubos formadores 
do feixe provocam um aumento de área de troca térmica, acarretando um aumento 
no coeficiente global de transferência de calor. 
c) o fluido que provoca maior incrustação deve escoar pelo casco, face à facilidade 
de limpeza. 
d) o fluido, em um trocador CT 1-2, passa uma vez pelos tubos e duas vezes pelo 
mesmo casco. 
e) os depósitos que vão sendo formados, ao longo dos anos, nas paredes interna e 
externa dos tubos do feixe, fazem com que trocadores de calor percam eficiência 
de troca térmica. 
 
7 – (Petrobras, 2010) Algumas vezes, o comprimento do tubo para um trocador de calor 
simples é muito grande para as conveniências de construção. Para facilitar a construção 
desse equipamento, é comum se utilizar de trocador de calor de múltipla passagem, que 
normalmente é mais ineficiente. A esse respeito, relacione os esquemas apresentados na 
primeira coluna com os respectivos números de passes no casco e nos tubos, apresentados 
na segunda coluna. 
 
 
8 – (Petrobras, 2006) Em um trocador de calor, vapor saturado a 125 oC é empregado para 
aquecer uma corrente de etanol de 25 oC para 75 oC. Admitindo-se uma área de troca de 
10 m2 e uma condutividade térmica global constante de 150 W/m2.K, pergunta-se: qual a 
vazão máxima de etanol em kg/s que poderia ser aquecida? 
Dados: cP-etanol = 2500 J kg
-1 K-1 
 
9 – (Petrobras, 2010) – Em trocadores de calor, as correntes podem ser paralelas e 
cruzadas, estando em contracorrente ou co-correntes. Em relação às temperaturas de 
entrada e de saída dos fluidos quente e frio, é INCORRETO afirmar que, em um arranjo: 
(A) contracorrente, a temperatura do fluido quente na entrada é sempre maior do que a 
temperatura do fluido frio na saída. 
(B) contracorrente, é impossível o fluido quente na saída ter uma temperatura menor do 
que a do fluido frio na entrada. 
(C) contracorrente, a temperatura do fluido quente na saída pode ser menor do que a 
temperatura do fluido frio na saída. 
(D) co-corrente, as temperaturas dos dois fluidos na saída podem ser iguais, se o trocador 
tiver um comprimento infinito. 
(E) co-corrente, a temperatura do fluido quente na saída pode ser menor do que a 
temperatura do fluido frio na saída. 
 
10 – (Inmetro) Considere uma corrente de processo contendo um hidrocarboneto, cujo 
calor específico seja igual a 0,5 kcal/(kg⋅°C), inicialmente a 120 °C. A temperatura do 
hidrocarboneto, na saída do trocador, é igual a 50 °C, com vazão mássica de 1.500 kg/min. 
A corrente de água (calor específico da água:= 1,0 kcal/(kg⋅°C)) entra no processo a 30 
°C e sai a 45 °C. Nesse caso, a vazão de água necessária para o resfriamento dessa corrente 
é igual a 
a) 7.000 kg/min. 
b) 5.000 kg/min. 
c) 3.500 kg/min. 
d) 2.000 kg/min. 
e) 1.500 kg/min. 
 
11 – (Inmetro) Uma corrente de processo, contendo uma mistura de óleos essenciais 
(cp = 2,0 kJ kg-1 K-1), escoando a 500 kg/min, deve ser resfriada de 80 °C a 40 °C. Uma 
corrente de um fluido do processo (cp = 4,0 kJ kg-1 K-1) é utilizada como fluido de 
resfriamento com vazão mássica de 50 kg/s e inicialmente a 30 °C. Nesse caso, admitindo 
que o coeficiente global de troca térmica seja igual a 1,2 kW/(m2⋅K), é correto afirmar 
que a área de troca térmica do trocador de calor operando com fluxo em contracorrente 
se encontra entre: 
 
a) 25 e 26 m2 
b) 23 e 24 m2 
c) 20 e 21 m2 
d) 18 e 19 m2 
e) 15 e 16 m2