Prova Individual de Fundamentos de Transferência de Calor e Massa - 20212

Prova Individual de Fundamentos de Transferência de Calor e Massa 20212 A prova deve ser realizada de forma manuscrita e individual em folhas separadas a esta Todas as folhas devem estar nomeadas e com o respectivo número de matrícula As questões devem ser resolvidas na ordem solicitada na prova de forma organizada e legível com todas as considerações e passagens matemáticas escritas de forma explícita A indicação de cada questão deve estar clara antes do início da resolução Após a resolução das questões elas devem ser digitalizadas de forma visível clara e organizada e então enviadas em formato pdf Questão 1 Um tanque cilíndrico encamisado tem vapor saturado circulando em sua camisa Considere que a transferência de calor entre o vapor da camisa do tanque e o meio externo se de em estado estacionário apenas pela área lateral do tanque A partir dos dados apresentados na Tabela resolva o que se pede a Calcule a taxa de transferência de calor entre o vapor da camisa e o meio externo 10 ponto b Calcule a condutividade térmica do isolante térmico adicionado à superfícies externa na parede da camisa do tanque para que a taxa de transferência de calor se reduza para 10 da taxa sem isolante 10 ponto c Calcule a temperatura da parede externa do isolante 05 ponto d Simplifique a equação geral da transferência de calor por condução para a geometria e situação dadas Não precisa deduzir basta apresentar os termos da equação geral cancelando os termos não aplicáveis e justificando cada simplificação feita 05 ponto Tabela de dados Questão 1 Dados temperatura do vapor na camisa do trocador de calor C 120 temperatura do ambiente externo à camisa do tanque C 15 diâmetro interno da parede externa da camisa do tanque cm 99 espessura da parede externa da camisa do tanque cm 05 condutividade térmica do material da parede externa da camisa do tanque WmK 175 coeficiente convectivo de transferência de calor na camisa do tanque Wm2K 3500 coeficiente combinado convecção radiação de transferência de calor na superfície externa da parede externa da camisa do tanque sem isolante Wm2K 37 coeficiente combinado convecção radiação de transferência de calor na superfície externa da parede externa do isolante da camisa do tanque Wm2K 14 altura da região cilíndrica de transferência de calor do tanque m 15 espessura do isolante térmico adicionado a superfície externa da camisa do tanque cm 7 Questão 2 Um trocador de calor de tubos concêntricos tem a parede interna do tubo interno aquecida por vapor circulando na região anular do equipamento Devido às reduzidas resistências a transferência de calor no trocador de calor podese considerar que a temperatura da parede interna do tubo interno do trocador é aproximadamente igual à temperatura do vapor saturado na região anular mantendose constante ao longo do processo Como forma de remover as incrustações na parede interna do tubo interno do trocador é bombeada nesta região uma solução de limpeza com propriedades similares à da água A partir dos dados apresentados na Tabela obtenha o que se pede a O comprimento mínimo do tubo interno do trocador de calor para que o aquecimento da solução de limpeza possa se dar como especificado 20 pontos b A massa de incrustante removida após 30 min de limpeza 15 pontos Tabela de dados Questão 2 Dados temperatura de entrada da solução no trocador de calor C 50 temperatura de saida da solução no trocador de calor C 90 diâmetro do tubo interno m 00762 vazão mássica da solução no tubo interno kgs 693 difusividade do incrustante em água m2s 35E09 pressão do vapor na região anular kPa 3613 solubilidade do incrustante na solução de limpeza gl 2 Obs As propriedades da solução são similares a da água a mesma temperatura Questão 3 Colunas de paredes molhada são uma representação simplificada dos sistemas utilizados na remoção de um dado componente de uma fase gás ou líquida para outra fase gás ou líquida segundo a partição do componente entre as duas fases A partir desta observação considere e resolva o problema descrito Em um dado ponto de uma coluna de parede molhada uma mistura ar solvente passa no centro da coluna enquanto desce pela cilíndrica da coluna uma camada de água O solvente se particiona entre água na parede e o ar no centro da coluna O coeficiente local de transferência de massa dado pela fase gás para concentração em unidades de pressão é 𝑘𝑔 𝑚𝑜𝑙𝑚2 𝑠 𝑎𝑡𝑚 enquanto o coeficiente local de transferência de massa na fase líquida para concentração em unidades de fração molar é 𝑘𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝑚2 𝑠 𝑓𝑟𝑎çã𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 A pressão parcial do solvente na fase gás é 𝑃𝑎enquanto a fração molar do solvente na fase líquida é 𝑥𝑎 A temperatura e pressão total na coluna são de respectivamente T e P A relação de equilíbrio dada para o solvente na interface é dada por 𝑃𝑎 𝐻 𝐶𝑎 com H sendo a constante de equilíbrio atmmol𝑚3 A partir dos dados apresentados na Tabela resolva o que se pede a A porcentagem da resistência a transferência de massa para o solvente na fase gás em relação a resistência total à transferência de massa entre as duas fases 10 ponto b O fluxo de solvente entre as fases gás e líquida neste ponto 15 ponto c As frações molares dos componentes na interface tanto na fase gás como na fase líquida 10 ponto Tabela de dados Questão 3 Dados coeficiente local de transferência de massa dado pela fase gás para concentração em unidades de pressão kg molm2satm 001 coeficiente local de transferência de massa na fase líquida para concentração em unidades de fração molar kx molm2sfração molar 100 pressão parcial do solvente na fase gás Pa atm 004 fraçao molar do solvente na fase líquida 00004 temperatura do sistema K 313 pressão total do sistema kPa 1 constante de equilíbrio na interface gás líquido p mCa atmmolm3 000077 Observação O sistema apresentase diluído no solvente