Prova Termod 2021-2

1. Prova 2022 1 - Trocadores bitubulares, * ◯ (e) Devem ser utilizados em aplicações que demandam altas cargas térmicas e assim altas áreas de transferência de calor. ◯ (a) Permitem uma operação com a temperatura de saída do fluido frio maior do que a temperatura de saída do fluido quente.arem disponíveis em módulos (hair pins), que devem ser montados de acordo com o projeto. ◯ (c) Têm sua área de transferência de calor calculada com base na área de superfície do tubo externo. ◯ (b) Têm na região anular uma região de escoamento com a velocidade máxima no centro do espaço entre os dois tubos. ◯ (d) Têm como única opção para o cálculo do coeficiente de transferência de calor na região anular, no regime turbulento, a adaptação de resultados de correlações para tubos circulares através do uso do conceito de diâmetro equivalente. 2 - Sobre convecção térmica, podemos afirmar: * ◯ (e) Dobrando a vazão no escoamento interno, regime laminar e escoamento estabelecido, o coeficiente de transferência de calor não varia. ◯ (b) No escoamento externo, a taxa térmica convectiva local não varia, pois o diferencial entre as temperaturas da placa e do fluido fora da camada limite é constante. ◯ (a) Ocorre entre duas superfícies separadas por um espaço no qual há vácuo ◯ (d) Na convecção natural, a direção da superfície aquecida não tem influência. ◯ (c) O regime laminar no escoamento interno se caracteriza por alta turbulência e assim, um alto coeficiente de transferência de calor. 3 - Sobre trocadores de calor, podemos afirmar: * ◯ (b) Em trocadores casco e tubos, o fluido de maior fator de deposição deve ser colocado preferencialmente para escoar no interior dos tubos. ◯ (c) Pensando somente no aproveitamento do diferencial de temperaturas entre os fluidos dentro do equipamento, a configuração contracorrente deve ser evitada. ◯ (d) Em trocadores casco e tubos, a configuração de múltiplas passagens é adotada para melhor aproveitar o diferencial de temperaturas entre os fluidos. ◯ (a) Trocadores de placas (quadro e placas) são caracterizados por um escoamento entre placas com alta turbulência e assim baixos coeficientes de transferência de calor. ◯ (e) Em operações com Cmin/Cmax = 1, a configuração do escoamento não tem influência no desempenho do equipamento. 4 - Marque a afirmação falsa. * ◯ (e) Na condensação sobre uma placa vertical, quanto maior o diferencial entre as temperaturas da superfície e do vapor, maior será a taxa de formação de condensado. ◯ (d) Na convecção forçada, o coeficiente local diminui na medida que a distância para a aresta frontal da placa aumenta. ◯ (a) Na convecção natural, as forças de empuxo exercem papel importante. ◯ (c) Na convecção natural pura sobre uma placa vertical, a velocidade é nula nas duas extremidades da camada limite, ou seja, sobre a placa (y = 0) e no seu limite (y = delta). ◯ (b) Na convecção forçada o coeficiente de transferência de calor é função explícita da temperatura da superfície. Em um equipamento há ebulição de um lado e do outro condensação de um fluido puro doa a energia necessária. Esses são dois processos cujos valores típicos do coeficiente de transferência de calor são altos. Nessa operação, não há necessidade de preocupação com as resistências de depósito no projeto do equipamento, visto que os coeficientes altos nas mudanças de fase dominam o valor do coeficiente global do equipamento (U). Falso ou Verdadeiro? Justifique sua resposta em, no máximo, três linhas. Sua resposta Um trocador de calor casco&tubos multitubular CT12 tem uma configuração de escoamento que pode ser considerada mista, metade da área em paralelo e a outra metade em contracorrente. Desta forma, perde-se desempenho, pois a configuração em paralelo é a pior possível para a utilização do diferencial de temperaturas disponível entre os fluidos quente e frio. Porém, devem haver razões para o uso da configuração CT12, pois ela é observada com frequência na prática industrial. Cite então duas destas razões em sua opinião, justificando suas respostas. Sua resposta Um trocador multitubular CT11, com 100 m2 de área, deve aquecer água de 30°C até 50°C, usando para tal um óleo que é alimentado a 60°C e retirado a 40°C. Neste operação, a configuração de escoamento no equipamento não é importante, pois a razão Cmin/Cmax tende a zero. A afirmação é falsa ou verdadeira? Justifique sua resposta em, no máximo, três linhas. Sua resposta Marque a afirmação falsa. * O Na convecção natural, as forças de empuxo exercem papel importante. O Na ebulição, a facilidade ou não da fase líquida tocar a superfície de aquecimento é fator importante para a taxa de transferência de calor. O Na convecção natural pura sobre uma placa vertical, a velocidade é nula nas duas extremidades da camada limite, ou seja, sobre a placa (y = 0) e no seu limite (y = delta). O Na ebulição, quanto maior o fluxo de aquecimento imposto na superfície sólida que separa o sistema de aquecimento do fluido onde há a mudança de fase, maior a taxa de vaporização, com o excesso de temperatura, aumentando de forma contínua. O Na condensação sobre uma placa vertical, quanto maior o diferencial entre as temperaturas da superfície e do vapor, maior será a taxa de formação de condensado. O aumento de vazão em um dos fluidos de um trocador casco e tubos causa um aumento no coeficiente global (U) do equipamento, contribuindo para melhorar o seu desempenho. A melhor escolha para que esse procedimento seja mais efetivo é aumentar a vazão do fluido que apresenta o menor coeficiente de transferência de calor (h). Falso ou Verdadeiro? Justifique sua resposta em, no máximo, três linhas. Na condensação em filme sobre uma placa vertical de 3 m de altura e 2 m de largura, há a formação de uma certa vazão (Mcond) de condensado. Mantidas as condições (temperaturas da chapa e do vapor) e somente mudando a placa de posição (passa a ter 2 m de altura e 3 m de largura) a vazão formada de condensado não varia, pois a área da placa é a mesma. Falso ou Verdadeiro? Justifique sua resposta em, no máximo, três linhas. Um trocador de calor casco&tubos (CT11 - uma passagem nos tubos e no casco) opera aquecendo água de 30 C até 50 C, usando para tal um óleo que é alimentado a 70 C e retirado a 50 C. A área de transferência de calor deste CT é igual a 20 m2. Os coeficientes de transferência de calor em cada escoamento são: na água: 600 W/(m2K); no óleo: 200 W/(m2K). A parede dos tubos pode ser considerada delgada e não há deposição. Diga se a afirmação a seguir é falsa ou verdadeira e justifique sua resposta em, no máximo, três linhas. ## Esse trocador está operando em configuração em paralelo, visto que na configuração contracorrente a média log dos respectivos diferencias de temperaturas nas extremidades é nula. ## 2. (6,0 pontos) Seja o trocador de calor multitubular (CT 11) esquematizado abaixo: óleo T = 120°C; m = 106 kg/s ↘ T = ? água T = 20°C m = 106 kg/s ↗ T = ? ----- Comprimento: L = 4,5 m; Número total de tubos: 225 tubos. Diâmetro dos tubos: øi = 0,02 m; espessura tubos desprezível: δt = 0; Condutividade do material dos tubos: kt = 80 W/(m K) Continua no verso Considerando o coeficiente de transferência de calor no lado do escoamento do óleo (casco) igual a 600 W/(m2 K), o fator de depósito no lado do óleo igual a Fdep = 1 x 10-3 (m2 K)/W (lado da água limpo) e as propriedades físicas dos dois fluidos constantes e iguais aos valores fornecidos na tabela, determine: i) o coeficiente global de transferência de calor no equipamento, em W/(m2 K); (2,0 pontos) ii) a área de transferência de calor do equipamento, em m2; (0,5 pontos) iii) a temperatura de saída da água, em °C; (1,5 pontos) iv) o percentual de resistência térmica global no trocador que é representado pela resistência de depósitos (1,0 ponto) v) Mantidas as condições de entrada da água e dobrando a vazão do óleo com a sua temperatura de entrada mantida, indique uma conseqüência na performance do trocador em função desta mudança, justificando qualitativamente em no máximo três linhas. (1,0 ponto) Propriedades físicas – constantes: ρ(kg/m3) Cp(J/(kg°C)) μ(kg/(m s)) k(W/(m°C)) Pr Água 1000 4100 1,0 x 10-3 0,60 6,8 Óleo 800 2000 0,0725 0,14 1,035,7 Algumas expressões: NUT = U A Cs,in ε = ΔTmin ΔTmax C = m Cp Nu = h ϕ k Re = ρ v ϕ μ UA = 1 ∑ Rt Rcond = δ k A Rconv = 1 h A Rdep = Fdep A