Lista de Exercícios Resolvidos - Operações Unitárias II - Trocadores de Calor

TA731 Operações Unitárias II Lista 2 parte 1 1 Geankoplis 1621 Um trocador de calor casco e tubos 12 1 passe de casco e 2 passes de tubos é usado para aquecer um fluido de 378 a 1211 C O fluido de serviço entra a 3156 C e sai a 1489 C Calcule a força motriz de transferência de calor para essa operação Resp 1318 C 2 Geankoplis 1622 Óleo 505 kgs 2090 JkgK entra em um trocador de calor casco e tubos 12 a 933 C e é resfriado até 711 C usando água 202 kgs 4180 JkgK a 10 C Considere o coeficiente global como sendo 340 Wm²K Calcule a área de transferência de calor necessária para essa operação Resp 121 m² 3 Geankoplis 1623 Água 113 kgs 4180 JkgK é aquecida em trocador casco e tubos 12 de 45 a 85 C usando óleo 1950 JkgK O óleo entra no trocador a 120 C e sai a 85 C Considere U 300 Wm²K Calcule a vazão mássica de óleo e a área requerida do trocador Resp 277 kgs 1979 m² 4 Geankoplis 1631 Óleo quente 30 kgs 1920 JkgK entra em um trocador de calor duplo tubo a 400 K e é resfriado em contracorrente por água 070 kgs 4180 JkgK a 325 K O coeficiente global de transferência de calor é 350 Wm²K e a área do trocador é 129 m² Calcule o calor trocado e as temperaturas de saída Resp 149226 W óleo 3741 K água 376 K 5 Tadini 1044 Desejase resfriar uma solução aquosa de etanol 29 kgs 3840 JkgK de 75 C a 45 C O fluido de resfriamento é água 40 kgs 4180 JkgK a 15 C O trocador de calor cogitado para esse serviço pode ser do tipo i duplo tubo com escoamento paralelo ii duplo tubo com escoamento contra corrente ou iii casco e tubos com 12 Por simplificação adotase que em todos os casos o coeficiente global de troca térmica externo é igual a 500 Wm²K Determine a A carga térmica e a temperatura de saída da água de resfriamento b A área de troca térmica necessária para cada um dos casos Resp a 334 kW 35 C b i 239 m² ii 192 m² iii 211 m² 6 Tadini 1045 Água ρ 986 kgm³ cp 4180 JkgK μ 0000466 Pas é aquecida de 40 C até 80 C circulando a velocidade média de 10 ms no tubo interno diâmetro interno 27 cm espessura 04 cm de um trocador de calor duplo tubo A condutividade térmica do material de construção desse tubo é de 45 WmK O aquecimento é provido pela condensação de vapor saturado à pressão absoluta de 4758 kPa no espaço anular do trocador de calor Adotar os seguintes valores para os coeficientes convectivos individuais 5100 1 Wm²K para escoamento da água no tubo e 15000 Wm²K para condensação do vapor no casco e o valor de 00001 m²KW para os fatores de incrustação da água e do vapor considerálos separadamente Determine a A carga térmica necessária e a vazão de vapor b O coeficiente global de transferência de calor do trocador limpo e sujo c O número de grampos necessários para o serviço proposto sabendo que o comprimento total do grampo é 23 m d A perda de carga total no tubo interno Resp a 944 kW 0045 kgs b Uolimpo 2371 Wm²K Uosujo 1535 Wm²K c limpo 178 2 grampos sujo 275 3 grampos d limpo 040 psi sujo 059 psi 7 Tadini 1046 Vapor saturado à pressão absoluta de 1431 kPa será usado para aquecimento de um produto alimentício em um trocador de calor duplo tubo Os tubos interno e externo do trocador de calor são respectivamente 2 x 3 Sch 40 com isolamento térmico apropriado A condutividade térmica do metal é de 15 WmK O comprimento total de um grampo do trocador é de 36 m A vazão do produto na entrada é de 25 m³h e temperatura de 50 C Sua temperatura de saída deve ser de 90 C Para as propriedades do produto podese adotar os seguintes valores médios cp 3840 JkgK μ 14 mPas ρ 1000 kgm³ k 05 WmK O vapor circula pelo espaço anular do trocador e tem coeficiente convectivo de 5000 Wm²K Determine a O coeficiente de película do produto Nu 0027Re08Pr13 b O coeficiente global de transferência de calor c A carga térmica necessária d O número de grampos necessários Resp a hi 1024 Wm²K b Uo 624 Wm²K c 1067 kW d 69 7 grampos 2