Exercícios - Operações Unitárias 2 - 2020-1

Exercícios de Avaliação - Operações Unitárias II – 27/04/2020 – Diurno e Noturno Nome:______________________________________________________________ No USP:____________ - Organizar a resolução em itens e escrever “passo-a-passo” quais cálculos utilizou; - Resultados “prontos” e sem demonstração dos cálculos não serão considerados. -Tirar foto da resolução ou escanear e anexar no moodle. Bons estudos! Ex. 1: Suco de laranja (9m3/h) a 30oC (considerar propriedades de solução de sacarose 20oBrix, fluido newtoniano) deve ser aquecido em um trocador de calor de casco e tubos até 80oC. O suco escoa no interior dos tubos (5 tubos), perfazendo dois passes no trocador, e água quente (5,0 kg/s) a 99oC é utilizada como fluido de aquecimento, em apenas um passe no trocador. O diâmetro interno dos tubos é de 19,05 mm com 2,27 mm de espessura (kmetal=16 W/m2K), enquanto o diâmetro do casco é de 152,4 mm. A janela de escoamento ocupa 50% da área de seção do casco, o passo entre as chicanas é de 30 cm e o passo entre os centros dos tubos é duas vezes o seu diâmetro externo. A partir destes dados: A) Faça um esquema do trocador de calor, indicando as vazões de entrada e saída dos fluidos; B) Determine a carga térmica (taxa de transferência de calor) e a temperatura de saída da água quente, considerando que 5% da energia é dissipada para o meio ambiente; C) Determine o coeficiente global de troca térmica (U) limpo e sujo, levando em conta o fator de incrustação de 2.10-5 K.m2.W-1 para a água e 5.10-5 K.m2.W-1 para o suco. D) Qual será a área total de troca térmica necessária e o comprimento dos tubos? Discuta se este trocador de calor é o mais apropriado para esta operação. Considere as viscosidades na Tmédia de cada fluido: - Viscosidade do suco:  = 15 mPa.s - Viscosidade da água:  = 0.36 mPa.s - Condutividade térmica do material do tubo: km = 16 W.K-1.m-1 Ex. 2: Exercício 6 da Lista de Exercícios 2. Propriedades termofísicas para solução de sacarose em diferentes concentrações Densidade (kg/m³) T(°C) 20% 30% 40% 50% 60% 10 1077,8 1123,4 1173,0 1227,2 1286,7 20 1076,4 1121,9 1171,4 1225,4 1284,7 30 1074,4 1119,8 1169,2 1223,1 1282,3 40 1071,7 1117,0 1166,4 1220,2 1279,3 50 1068,3 1113,6 1162,9 1216,8 1275,9 60 1064,2 1109,5 1158,8 1212,7 1271,9 70 1059,4 1104,7 1154,1 1208,1 1267,5 80 1053,8 1099,3 1148,8 1203,0 1262,5 90 1047,6 1093,1 1142,8 1197,2 1257,0 100 1040,6 1086,3 1136,2 1190,8 1251,0 Calor específico (kJ/kg.K) T(°C) 20% 30% 40% 50% 60% 10 3,654 3,393 3,133 2,872 2,611 20 3,658 3,399 3,140 2,881 2,622 30 3,663 3,406 3,148 2,890 2,633 40 3,669 3,412 3,156 2,900 2,643 50 3,675 3,419 3,164 2,909 2,653 60 3,681 3,427 3,172 2,918 2,663 70 3,689 3,435 3,181 2,927 2,673 80 3,697 3,443 3,189 2,936 2,682 90 3,705 3,452 3,198 2,945 2,691 100 3,715 3,461 3,207 2,954 2,700 Condutividade térmica (W/m.K) T(°C) 20% 30% 40% 50% 60% 10 0,538 0,509 0,478 0,445 0,408 20 0,553 0,524 0,493 0,459 0,422 30 0,567 0,538 0,506 0,472 0,435 40 0,579 0,550 0,519 0,484 0,447 50 0,591 0,562 0,530 0,496 0,458 60 0,601 0,572 0,540 0,506 0,467 70 0,610 0,581 0,549 0,514 0,476 80 0,618 0,589 0,557 0,522 0,484 90 0,624 0,595 0,564 0,529 0,491 100 0,629 0,601 0,569 0,535 0,497 1ª Prova de Operações Unitárias II - 08/05/2019 - Diurno Nome:______________________________________________________________ No USP:____________