Lista de Exercicios Trocadores de Calor Resolucao de Problemas

Lista de Exercícios da Disciplina Trocadores de Calor Unidade I 787 Um duto de aquecimento de ar é constituído por um arranjo alinhado de elementos de aquecimento elétricos no qual os passos longitudinal e transversal são SL ST 24 mm Há 3 colunas de elementos na direção do escoamento NL 3 e 4 elementos por coluna NT 4 Ar atmosférico com uma velocidade a montante de 12 ms e uma temperatura de 25C escoa em escoamento cruzado sobre os elementos que têm um diâmetro de 12 mm um comprimento de 250 mm e são mantidos com uma temperatura superficial de 350C a Determine a transferência de calor total para o ar e a temperatura do ar deixando o duto aquecedor b Determine a queda de pressão ao longo da matriz de elementos e a potência necessária do ventilador c Compare o coeficiente convectivo médio obtido em sua análise com o valor para um elemento isolado sozinho Explique a diferença entre os resultados d Qual efeito teria o aumento dos passos longitudinal e transversal para 30 mm na temperatura de saída do ar na taxa de transferência de calor e na queda de pressão 788 Uma matriz de tubos possui um arranjo alinhado com tubos de 30 mm de diâmetro e 1 m de comprimento com ST SL 60 mm Existem 10 colunas de tubos na direção do escoamento NL 10 e 7 tubos por coluna NT 7 Ar com condições a montante da matriz iguais a T 27C e V 15 ms escoa em escoamento cruzado sobre os tubos cujas paredes são mantidas a 100C pela condensação de vapor no seu interior Determine a temperatura do ar ao deixar a matriz tubular a queda de pressão ao longo da matriz e a potência necessária para o ventilador 814 Em uma aplicação específica que envolve o escoamento de um fluido a uma vazão ṁ através de um tubo circular com comprimento L e diâmetro D sabese que o fluxo térmico na superfície apresenta uma variação senoidal com x que tem a forma qs x qsm senπxL O fluxo máximo qsm é uma constante conhecida e o fluido entra no tubo a uma temperatura também conhecida Tment Supondo o coeficiente convectivo constante como a temperatura média do fluido e a temperatura superficial variam com x 827 No estágio final de produção um produto farmacêutico é esterilizado pelo aquecimento de 25C a 75C à medida que ele se desloca a 02 ms através de um tubo reto de aço inoxidável com parede delgada e diâmetro de 127 mm Um fluxo térmico uniforme é mantido por um aquecedor de resistência elétrica que se encontra enrolado ao redor da superfície externa do tubo Se o tubo possui 10 m de comprimento qual é o fluxo térmico requerido Se o fluido entra no tubo com um perfil de velocidades plenamente desenvolvido e um perfil de temperaturas uniforme quais são as temperaturas da superfície na saída do tubo e a uma distância de 05 m de sua entrada As propriedades do fluido podem ser aproximadas por ρ 1000 kgm³ cp 4000 JkgK μ 2 10³ kgsm k 08 WmK e Pr 10 836 Água escoa através de um tubo de parede espessa com diâmetro interno de 12 mm e comprimento de 8 m O tubo está imerso em um tanque de reação quente e bem misturado mantido a 85C A resistência condutiva na parede do tubo baseada na área da superfície interna é Rcd 0002 m²KW A temperatura de entrada do fluido de processo é Tment 20C e a sua vazão é de 33 kgh a Estime a temperatura de saída do fluido de processo Tmsai Suponha e então justifique escoamento e condições térmicas no interior tubo plenamente desenvolvidos b Você espera que Tmsai aumente ou diminua se condições de entrada fluidodinâmica e térmica combinadas estiverem presentes no tubo Estime a temperatura de saída da água para essas condições 839 Os produtos de combustão de um queimador são direcionados para uma aplicação industrial através de um tubo metálico de parede delgada com diâmetro Di 1 m e comprimento L 100 m O gás entra no tubo a pressão atmosférica com temperatura média e velocidade de Tment 1600 K e ument 10 ms respectivamente Ele tem que sair do tubo com uma temperatura não inferior a Tmsai 1400 K Qual é a espessura mínima de um isolamento de aluminasílica kiso 0125 WmK necessária para satisfazer a exigência na saída no caso das piores condições que são o tubo exposto ao ar ambiente a T 250 K e com uma velocidade de escoamento cruzado V 15 ms As propriedades do gás podem ser aproximadas pelas do ar e como uma primeira estimativa o efeito da espessura do isolante no coeficiente convectivo e na resistência térmica associada ao escoamento cruzado pode ser desprezado