BIZU Transcal
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1 Questo (Valor 2,0) Um trocador de calor tubo e carcaa opera com dois passes na carcaa e
quatro passes nos tubos. O fluido da carcaa etileno glicol, que entra a 140 C e sai a 80 C, com uma
vazo de 4500 kg/h. gua escoa pelo interior dos tubos entrando a 35 C e saindo a 85 C. Sabendo que
o coeficiente global de transferncia de calor para este arranjo 850 W/m2.C, determine:
a) a vazo de gua necessria;
b) a rea de troca trmica do trocador de calor.
2 Questo (Valor 2,0) Um trocador casco e tubos deve ser projetado para aquecer 2,5 kg/s de gua de
15 C a 85 C. O aquecimento deve ser feito utilizando o leo de motor que est disponvel a 160 C,
escoando ao longo da carcaa do trocador. O leo capaz de prover um coeficiente mdio de
transferncia de calor por conveco de 400 W/ m2.K no lado do casco. Imagina-se que 10 tubos
conduzam a gua atravs da carcaa. Cada tubo de parede fina tem dimetro igual a 25 mm e passam 8
vezes atravs da carcaa. Se o leo deixar o trocador a 100 C, pergunta-se:
a) qual a sua vazo? b) Qual deve ser o comprimento dos tubos e o comprimento aproximado da carcaa, para que o
aquecimento se verifique?
3 Questo (Valor 2,0) Um trocador de calor de tubo e carcaa com um nico casco e passes nos tubos
utilizado para resfriar leo de um grande motor martmo. gua de um lago (fluido do lado do casco)
entra no trocador de calor a 2 kg/s e 15 C enquanto o leo entra a 1 kg/s. gua escoa pelo interior dos
tubos entrando a 35C e saindo a 85C. Calcu e 140 C. O leo escoa atravs de 100 tubos de cobre de
500 mm de comprimento cada um, com dimetros interno e externo de 6 e 8 mm respectivamente. O
coeficiente de transferncia de calor por conveco do lado do casco aproximadamente 500 W/m2.K.
Qual a temperatura de sada do leo?
4 Questo (Valor 2,0)
Uma corrente de leo, inicialmente a 150 0C e com uma vazo de 21 kg/s, deve ser resfriada at a
temperatura de 60 C antes de ser enviada para um tanque de armazenamento, conforme o esquema
acima. Como h necessidade de utilizar 5 kg/s deste leo, a 100 C , em uma outra rea da instalao,
esta operao de resfriamento efetuada em dois trocadores de calor instalados em srie, ambos com
nica passagem dos dois fluidos (CT11). No primeiro equipamento, o leo troca calor com outra
corrente de processo, aquecendo-se de 70C a 120C, e o coeficiente global de transferncia de calor
igual a 800 W/m2 C. Aps a retirada dos 5 kg/s, a corrente de leo resfriada at os 60C no segundo
trocador, onde troca calor com gua de resfriamento, que se encontra disponvel a 24C e deve sair a
30C. Este segundo trocador possui 70 tubos de 0,025m de dimetro e paredes delgadas. Nele, a gua
escoa pelo interior dos tubos e o leo pelo lado do casco, em uma configurao contracorrente. O
coeficiente de transferncia de calor mdio (coeficiente de pelcula mdio) no escoamento do leo,
atravs do casco deste segundo trocador, igual a 1200 W/m2 C.
Assim sendo:
CT-11
U=800W.m-2
.0C
-1
CT-11
Tanque de
Armazenamento
gua
Ts=300C
Ts=1200C
leo
Te=1500C
m =21kg.s-1
leo
Te=1500C
m =21kg.s-1
Fluido de
processo
Te=700C
T=1000C
m =5 kg.s-1
leo Ts= 60
0C
m =16 kg.s-1
gua
Te=240C
-
a) Indique a configurao do escoamento (paralelo ou contracorrente) no primeiro trocador, justifique a sua opo, e calcule a rea de transferncia de calor.
b) Determine o comprimento dos tubos do segundo trocador, considerando o escoamento no interior desse tubos completamente desenvolvido.
Dados:
Propriedade
Fluido
Densidade
Kg.m-3
Calor
Especfico
J.kg-1
.C-1
Viscosidade
Kg.m-1
s-1
Condutividade
Trmica
W.m-1
.0C
-1
Nmero
de
Prandtl
gua 1.000 4.100 1,0 . 10-3
0,60 6,8
leo 800 2.000 0,0725 0,14 1.035,7
Fluido de Processo 900 2.200 0,008 0,23 76,5
Expresses para a determinao do coeficiente de transferncia de calor mdio (coeficiente de pelcula
mdio) em escoamentos completamente desenvolvidos:
Escoamento Laminar: Nu=3,66 (Temperatura de parede constante)
Nu=4,36 (Fluxo constante na parede)
Escoamento Turbulento: Nu=0,027.Re0,8
.Pr1/3
.( / p)0,14
, onde:
Nu=hd/k (Nmero de Nusselt);
Re=vD/ (Nmero de Reynolds); v Velocidade mdia do escoamento; k Condutividade trmica do fluido;
- Densidade do fluido;
- Viscosidade do fluido ;
p Viscosidade do fluido na temperatura de parede.
5 Questo (Valor 2,0) Exerccio 7.9. Em um trocador TC-1.1, construdo com 460 tubos de 6 m de
comprimento e dimetro externo de 3/4", 5616 Kg/h de leo ( cp = 1,25 Kcal/Kg.oC ) resfriado de 80
oC para 40 oC, por meio de gua ( cp = 1,0 Kcal/Kg.oC ) cuja temperatura varia 25 oC ao passar pelo
trocador. O leo passa pelos tubos e tem coeficiente de pelcula de 503,6 Kcal/h.m2.oC e a gua, que
passa pelo casco, tem coeficiente de pelcula de 200 Kcal/h.m2.oC. Esta previsto um fator fuligem de
0,013. Pede-se as temperaturas de entrada e sada da gua.
6 Questo (Valor 2,0) Considere um trocador de calor bitubular caracterizado por um coeficiente
global de transferncia de calor uniforme e que opera sob as seguintes condies:
m (kg/s) p
c (J/kg.K) eT ( 0C ) sT (
0C )
Fluido frio 0,125 4.200 40 95
Fluido quente 0,125 2.100 210
Determine:
a) a mxima taxa de transferncia de calor possvel;
b) a efetividade do trocador e calor ;
c) se o trocador de calor deve ser operado com escoamento em paralelo ou em contra-corrente;
a) a razo entre as reas necessrias nestas duas condies de escoamento.
7 Questo (Valor 2,0) Uma vazo de 225 kg/h de gua deve ser aquecida de 35 0C a 95
0C em um
trocador de calor bitubular. leo, a 225 kg/h e 210 0C, com um calor especfico 2095 J/kg.K, deve ser
usado como fluido quente. Se o coeficiente global de transferncia de calor baseado no dimetro
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externo do tubo interno igual a 550 W/m2
K, determine o comprimento do trocador de calor, sendo
esse dimetro externo igual a 100mm.
8 Questo: Um trocador de calor, carcaa e tubos, deve ser projetado para aquecer 2,5 kg/s de gua de
15 a 85 C. O aquecimento deve ser feito utilizando leo de motor, que est disponvel a 160 C,
escoando ao longo da carcaa do trocador. O leo capaz de prover um coeficiente mdio de troca de
calor por conveco de hext = 400 W / m2.K no lado exterior dos tubos. Imagina-se que 10 tubos
conduzam gua atravs da carcaa. Cada tubo, de paredes finas, tem dimetro igual a 25 mm, e passam
8 vezes atravs da carcaa. Se o leo deixar o trocador a 100 C, qual a sua vazo? Qual deve ser o
comprimento dos tubos para que o aquecimento se verifique?
9 Questo (Valor 2,0) Deseja-se aquecer uma vazo de 230 kg/h de gua de 35 a 93 C com leo
(cp=2,1 kJ/kg C ) entrando a 175 C. A vazo de leo tambm de 230 kg/h. Dois trocadores de calor
de tubo duplo esto disponveis:
trocador-1: U=570 W/m2 C A=0,47 m
2
trocador-1: U=370 W/m2 C A=0,97 m
2
Pesde-se informar:
c) Qual trocador deve ser escolhido? d) Quais as condies que devem ser impostas ao trocador escolhido para que o mesmo fornea a
carga de calor necessria ao processo?
10 Questo (Valor 2,0) Uma vazo de 230 kg/h de gua a 35 0C est disponvel para ser usada como
refrigerante em um trocador de calor de tubo duplo cuja rea total de 1,4 m2. A gua deve ser usada
para resfriar um leo ( cp = 2,1 kJ/kg. 0
C) que entra no trocado a 120 0C. Devido a outras circunstncias,
a temperatura de sada do leo no deve ser menor que 99 0C. O coeficiente global de transferncia de
calor igual a 280 W/m2.
0C. Estime a vazo mxima de leo que pode ser resfriada, admitindo uma
vazo de gua de 230 kg/h.