bizu transcal

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1ª Questão (Valor 2,0) Um trocador de calor tubo e carcaça opera com dois passes na carcaça e quatro passes nos tubos. O fluido da carcaça é etileno glicol, que entra a 140 ºC e sai a 80 ºC, com uma vazão de 4500 kg/h. Água escoa pelo interior dos tubos entrando a 35 ºC e saindo a 85 ºC. Sabendo que o coeficiente global de transferência de calor para este arranjo é 850 W/m 2 .ºC, determine: a) a vazão de água necessária; b) a área de troca térmica do trocador de calor. 2ª Questão (Valor 2,0) Um trocador casco e tubos deve ser projetado para aquecer 2,5 kg/s de água de 15 ºC a 85 ºC. O aquecimento deve ser feito utilizando o óleo de motor que está disponível a 160 ºC, escoando ao longo da carcaça do trocador. O óleo é capaz de prover um coeficiente médio de transferência de calor por convecção de 400 W/ m 2 .K no lado do casco. Imagina-se que 10 tubos conduzam a água através da carcaça. Cada tubo de parede fina tem diâmetro igual a 25 mm e passam 8 vezes através da carcaça. Se o óleo deixar o trocador a 100 ºC, pergunta-se: a) qual a sua vazão? b) Qual deve ser o comprimento dos tubos e o comprimento aproximado da carcaça, para que o aquecimento se verifique? 3ª Questão (Valor 2,0) Um trocador de calor de tubo e carcaça com um único casco e passes nos tubos é utilizado para resfriar óleo de um grande motor marítmo. Água de um lago (fluido do lado do casco) entra no trocador de calor a 2 kg/s e 15 ºC enquanto o óleo entra a 1 kg/s. Água escoa pelo interior dos tubos entrando a 35ºC e saindo a 85ºC. Calcu e 140 ºC. O óleo escoa através de 100 tubos de cobre de 500 mm de comprimento cada um, com diâmetros interno e externo de 6 e 8 mm respectivamente. O coeficiente de transferência de calor por convecção do lado do casco é aproximadamente 500 W/m 2 .K. Qual a temperatura de saída do óleo? 4ª Questão (Valor 2,0) Uma corrente de óleo, inicialmente a 150 0 C e com uma vazão de 21 kg/s, deve ser resfriada até a temperatura de 60 ºC antes de ser enviada para um tanque de armazenamento, conforme o esquema acima. Como há necessidade de utilizar 5 kg/s deste óleo, a 100 ºC , em uma outra área da instalação, esta operação de resfriamento é efetuada em dois trocadores de calor instalados em série, ambos com única passagem dos dois fluidos (CT11). No primeiro equipamento, o óleo troca calor com outra corrente de processo, aquecendo-se de 70ºC a 120ºC, e o coeficiente global de transferência de calor é igual a 800 W/m 2 ºC. Após a retirada dos 5 kg/s, a corrente de óleo é resfriada até os 60ºC no segundo trocador, onde troca calor com água de resfriamento, que se encontra disponível a 24ºC e deve sair a 30ºC. Este segundo trocador possui 70 tubos de 0,025m de diâmetro e paredes delgadas. Nele, a água escoa pelo interior dos tubos e o óleo pelo lado do casco, em uma configuração contracorrente. O coeficiente de transferência de calor médio (coeficiente de película médio) no escoamento do óleo, através do casco deste segundo trocador, é igual a 1200 W/m 2 ºC. Assim sendo: CT-11 U=800W.m -2 . 0 C -1 CT-11 Tanque de Armazenamento Água Ts=30 0 C Ts=120 0 C óleo Te=150 0 C m =21kg.s -1 óleo Fluido de processo Te=70 0 C T=100 0 C m =5 kg.s -1 óleo Ts= 60 0 C m =16 kg.s -1 Água Te=24 0 C

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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

  • 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.