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

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.