Lista Semana 5 - Operações Unitárias 2 2021-1

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ALIMENTOS OPERAÇÕES UNITÁRIAS II - LISTA SEMANA 5 Av. João Naves de Ávila, 2121 – Campus Santa Mônica – Bloco 1K –CEP: 38408-144 – Uberlândia – MG – Brasil - Tel.: 34 3230-9401 a 3230-9408 Av. Getúlio Vargas, 230 – Campus Patos de Minas – Palácio de Cristal - CEP: 38700-128 - Tel.: 34 3823-1917 ou 34 3821-0588 www.feq.ufu.br – e-mail: secdireq@feq.ufu.br 1) Uma solução de sacarose 60 ºBrix deve ser resfriada a uma temperatura de pelo menos, 10 ºC em um trocador de calor a placas usando água gelada. As temperaturas de alimentação são 35 ºC para a solução de sacarose e 1,0 ºC para a água. Ambas as vazões são de 1,3 kg/s. O trocador que será utilizado tem 35 placas térmicas (36 canais de escoamento) com arranjo de passes 2 x 9 / 2 x 9 e entradas em lados opostos do pacote de placas, na posição inferior, de modo que o escoamento é contracorrente na maioria das placas. As principais dimensões e características placa são: comprimento de 74,0 cm, largura de 23,6 cm, espessura da placa de 0,7 mm, espessura do canal de 2,7 mm, ângulo de inclinação das ranhuras de 45º, fator (adimensional) de alargamento da área da placa devido às corrugações de 1,17 e condutividade térmica de 17 W/(K.m). As propriedades físicas médias da solução de sacarose 60 ºBrix são: densidade de 1286 kg/m3, capacidade calorífica de 2803 J/(kg.K), viscosidade de 51,5 mPa.s, e condutividade térmica de 0,407 W/(K.m). As propriedades físicas médias da água são: densidade de 1000 kg/m3, capacidade calorífica de 4206 J/(kg.K), viscosidade de 1,33 mPa.s, e condutividade térmica de 0,584 W/(K.m). Adotando para os dois fluidos um fator de incrustação de 3.10-5 K.m2/W. Pede-se: a) desenhe a distribuição das vazões nos canais do PHE; b) o coeficiente global de troca térmica do trocador limpo e sujo; c) a temperatura de saída da solução de sacarose; d) a carga térmica. OBS.: mPa = miliPa= 10-3.Pa 2) Um trocador de calor a placas é usado para pré-aquecer 4 kg/s um fluido de 10 a 70 ºC com de água quente que é resfriada de 95 a 60 ºC. As placas de aço inoxidável [kp=45 J/(s.m.K)] com espessura de 0,0032 m têm um comprimento de 1,0 m e uma largura de 0,25 m e, no trocador o espaçamento entre as placas é de 0,005 m. As placas corrugadas são do tipo chevron e o PHE opera com escoamento contracorrente e passe único (1 / 1). Para um número de Reynolds maior que 100, a adimensional de Nusselt e o fator de atrito podem ser estimados por: Re=0,64Pr0,4 e f=2,78Re-0,18. Considerar as seguintes suposições: o trocador de calor a placas opera sob condições de estado estacionário; não ocorre mudança de fase (ambos os fluidos são monofásicos e não são misturados); as perdas de calor são insignificantes (sistema adiabático); a temperatura nas correntes dos fluidos é uniforme ao longo da seção transversal do escoamento; os fluidos têm calores específicos constantes; a resistência devido à incrustação é insignificante. As propriedades físicas dos fluidos nas temperaturas médias das correntes são: Propriedade Fluido frio a 40 ºC Fluido quente a 70 ºC Capacidade calorífica (J/kg.K) 1,622.103 4,198.103 Condutividade térmica (J/m.K) 0,138 0,668 Viscosidade (Pa.s) 2,70.10-3 3,72.10-4 Densidade (kg/m3) 1,044.102 9,74.102 Pede-se: a) determine o número de placas térmicas tipo chevron necessárias para um trocador de calor de placas com escoamento contracorrente e passe único (1 / 1); b) estime a queda de pressão da corrente de água quente escoando através do trocador. 3) Escreva a respeito de Trocador de Calor Espiral.