Trabalho 02 Transferência de Calor e Massa II - Condensador e Gasoduto

ENGENHARIA MECÂNICA 1 Semestre 202 3 Transferência de Calor e Massa II Prof Dr Paulo Eduardo Lopes Barbieri TRABALHO 0 2 NOME Informações O aluno deverá apresentar juntamente com a folha de reposta o equacionamento utilizado balanços de massa e balanços de energia assim como apresentar as considerações adotadas na solução O aluno de verá entregar a solução em um único arquivo em formato PDF com tamanho máximo de 3 MB O EES ou outro software pode ser utilizado para realização dos cálculos 01 5 pontos Um condensador de um sistema de ar condicionado troca calor por meio de um tubo plástico imerso em um lago O tubo utilizado possui diâmetro externo de 70mm diâmetro interno de 50mm condutividade térmica de 14 W mK No interior do tubo circula o fluido refrigerante R134a que entra no tubo com título de 097 e temperatura de saturação de 35C e vazão em massa de 001 kgs A água do lago está a uma temperatura de 10C Determine O coeficiente global de transferência de calor desse sistema A taxa de transferência de calor por metro de tubo do fluido refrigerante para a água do lago O comprimento do tubo que será necessário para que o título do fluido refrigerante na saída do tubo esteja no estado de liquido saturado 0 2 5 pontos Gás natural CH 4 metano é transportado a 10ms 25C e 10MPa por um gasoduto de 100km de extensão cuj a tubulação tem diâmetro interno de 12 m e é fabricada em aço com espessura de 20cm Foi sugerido que este gasoduto fosse utilizado também para o transporte de hidrogênio gasoso Porém o fato de o gás hidrogênio possui r moléculas menores elas podem se difundir através da maioria dos materiais sendo que para o aço o coeficiente de difusão do hidrogênio é de 79x10 9 m²s a 25C A partir de ssas informações avalie A potência térmica transportada no gasoduto quanto o metano está escoando considerando que o metano será queimado combustão Utilize como referência o PCI do metano A velocidade necessária para transportar a mesma potência quando o gasoduto transporta hidrogênio Utilize como referência o PCI do hidrogênio A potência de bombeamento necessária para transportar o metano A potência de bombeamento necessária para transportar o hidrogênio A taxa de perda de hidrogênio por difusão de massa nesse gasoduto A perda de potência associada à taxa de perda de hidrogênio por difusão de massa 03 10 pontos Você como engenheiroa foi contratadoa para auxiliar em um projeto de um sistema de arrefecimento do motor de um veículo cujo esquema é mostrado na figura Foi avaliado que a potência entregue às rodas do veículo é função de sua velocidade e é dada pela seguinte equação Também foi avaliado que a quantidade de calor rejeitado pelo motor para o sistema de arrefecimento é aproximadamente igual à potência entregue às rodas do veículo o restante do calor é eliminado junto aos gases de exaustão O calor é removido do motor por meio de sistema de arrefecimento no qual circula água com vazão em massa de 080 kgs Considerando que a troca de calor entre a água e o bloco do motor é eficiente admitese que a temperatura da água deixa o bloco do motor com a temperatura do mesmo sendo que esta não deve ultrapassar 100C O calor absorvido pela água é rejeitado para o ar ambiente que está a 35C por meio de um trocador de calor radiador Quando o veículo está em movimento o ar é forçado sobre o radiador devido à diferença de pressão dinâmica gerada pelo movimento relativo entre o carro e o ar O radiador é do tipo tubo aleta o qual pode ser modelado com o um trocador de calor com ambos os fluidos não misturados Este trocador de calor possui as seguintes dimensões Largura W10 cm Comprimento L50cm Altura H30 cm Espaçamento das aletas pf 1 0 mm e Espessura da aleta ef 02mm A fim de simplificar a análise e o fato de que a resistência à transferência de calor do lado do ar é muito superior à da água podese assumir que somente a área das aletas e o coeficiente de transferência de calor do ar podem ser utilizados nos cálculos deste trocador dessa forma o escoamento d o ar sobre as aletas se assemelha ao escoamento no interior de um duto retangular de seção H x pf e as aletas possuem 100 de eficiência ou seja a presença dos tubos não afeta o escoamento assim como a não é considerada a condução de calor através deles Utilizando estas informações elabore um modelo para avaliar a temperatura do bloco do motor em função da velocidade do veículo Construa um gráfico da temperatura do motor em função da velocidade do veículo e avalie a velocidade mínima e máxima que o veículo pode possuir a fim de evitar o superaquecimento do motor T b 100C Para a condição de velocidade mínima é possível utilizar um ventilador para forçar o ar sobre o radiador Dessa forma é proposto utilizar um ventilador cuj a perda de pressão segundo o fabricante pode ser avaliada pela seguinte expressão Dessa forma modifique seu modelo a fim de simular a situação em que o escoamento de ar sobre o radiador é fornecido pelo ventilador C onstrua um gráfico da temperatura do motor em função da velocidade do veículo e avalie a velocidade do veículo a partir da qual será necessário acionar o ventilador FOLHA DE RESPOSTAS EXERCICIO 1 U Wm²K L m q Wm EXERCICIO 2 PCI CH4 MJkg PCI H2 MJkg Q CH4 kW V H2 ms W bCH 4 kW W bH 2 kW W perdadif kW m difH 2 kgs EXERCICIO 3 V min kmh V vent kmh V m ax kmh