Operações Unitárias 2 Ap1

1 = 1 + 1 + 5,8 x 10 ^14 + 1/Ve = 9,1 x 10^-4 ------- 8 500 4 912,5561 1/V = 9,012010 x 10^-5 Ve = 1 V = 1.109,6223 . W m².k Calculando o valor da temperatura média logarítmica Δtm temos: ΔTm = Δti – Δtb com que Δti ﹦ 62 – 67 ﹦ 25 °c lim Δt Δtb ﹦ 92 – 30 ﹦ 62 °c Substituindo os valores Δtm = 25 – 62 ≅ 40,337329 °C lim 62 Com o balanca de massa é possivel determinar o calor de calor transferênica líquido Q̇ ﹦ 48 – 300a / (340 – 303) Q̇ ﹦ 6 327.000 W Utilizando os valores calculatos ficom 6327000 = 1.109,6229 ΔAc = 40,322329 Aac = 139,9684 m² Depois de calcular toda a area, é possivel calcular a área disponível pela relação A = NcπSe A = 240 π – 0,0381,6 A = 172,6034 m² Comparando as duas temos: 172,36034 – 139,9684 ----------------------------- = 0,231423 x 100 139.9684 23,142% A área disponível é 23,114, O equipamento é adequado Questão 2 A) Na 2ª questão iremos usar a relação: 1 = 1 + R lincj + lm 0ci/o + Rlinc1e + 1 Ve. Ae hi.Ai Ai ei f.KL Ac he.Ac Definindo as áreas temos: Área Externa: Ae = π De . l Ae = π 0,038 . 2,0 m Ae = 3,3826 m³ Área Interna: Ai = π Di . l Ai = π 0,035 . 2,0 m Ai = 2,1991 m³ Substituindo os valores com a relação acima: 1 = 1 + 0,035 lincj + 0,003 + 0,0004 + 1 Ve. 2,3826 800 . 2,1991 Ac 2,51.15,4.20 3,3874 2200 . 2,3826 = 5,6841143 x 10 ^4 + 1,361124 x 10 ^4 4,333873 x 10 ^5 + 4,180836 x 10 ^5 4 + 3,490255 x 10 ^4 1 = 4,113009159 x 10^-3 ------ Ve . 2,3826 1 = 4,113009189 x 10^-3 2,3826 ------ Ve 1 = 2,7916272 x 10^-3 ------ Ve Ve = 1/2,7916272 x 10^-3 Ve = 367,63 w/m².k B) Usando o mesmo coepciente global sem incrustações temos: 1 = 1 + Im 0c/o1 + 1 Ve . Ae hi.Ai ei.f.Kl he.Ac Substituindo os valores 1 = 1 + 0,0003 lm.0,038 + 0,0091 + 1 Ve. 2,3826 800.2,1991 2.16.15.4.20 1.200 . 2,3876 1 = 5,6841143 x 10 ^4 + 4,333873 x 10 ^5 + 3,490.255 x 10 ^4 ------ Ve . 2,3826 1 = 8,60778523 x 10^-4 . 2,3826 ------ Ve . 2,3876 1 = 2,293857 x 10^-3 ------ Ve Ve = 435,92 w/m² .K A partir da relação Q̇ = Ve.Ac ΔTm Calculando a variação de Temperatura pela relação ΔTm = (80–20)-(60-50) = 60–10 lim 60/10 7,197152754 ΔTm = 27,805531 °C Para esse caso é necessário calcular o fator de correção. F Calculando R e P temos R = T1 – T2 Substituindo os valores T2 – T4 R = 80 – 60 50 – 20 R = 0,66667 P = T3 – T4 T1 – T2 P = 50-20 80-20 P = 0,5 Analisando o diagrama, temos que ponto de comutação é 0,41 Fz 0,41 multiplicando Δtm pelo F temos 27,805837m = 0,81 25,3940ºC Substituindo os valores na relação “Q” temos Q = 435,42 * 2,3876 * 25,3940 Q = 26.430,14102 W A Taxa de Transferência de calor no trocador de calor sem incrustação 26.430,141 W Letra C Usando os valores calculados anteriormente Ve = 367,69 ml/min, k = Ac = 2,3876 m², Δtm = 25,3940 ºC Taxa de transferência de calor Q = Ve * Ac * Δtm Subst. Q = 367,69 * 2,3876 * 25,3940 Q = 22.293,307338 W ou Q = 22,29330 KW A Taxa de Transferência Com incrustação é 22,29330 KW Questao 3 Determinando os valores de taxa de capacidade térmica para os fluidos internos e externos. C = Cpm Para óleo quente; Co = 2,13 * 0,3 { Xs | Kg } { Kq,k | a } Co = 0,630 kg X a Para água temos: Ca = 4,18 * 0,2 Ca = 0,836 kw Estipulando que Co = Cmin e Ca = Cmax calculamos o valor de C por: C = Cmin Cmax C = 0,630* 0.835* C = 0,464354 Calculando a area de transferência de calor pela relac. At = m (πDL) At = π (0,015.d) At = 0,1132747 m² Calculando NTU por: NTU = U.He Cmin NTU = 310.1,4432742 0,630 NTU = 685,84005; x = 1000 J kg dotK | x | xs NTU = 0,68584065 J NTU = 0,68584 Comparando com a tabela temos o valor de efetividade é 0,4 ou 40%. Calculando a taxa de transferência máxima de calor podemos encontrar a taxa de transferência de calor. ômim = Cmin (Th,ant - Tc,ent) ômim = 0,630 (413 - 288) Kg Xs Kw Xs ômim = 79,485 Kw Pela definição da efetividade ε = Q ômáx Isolando o campo na(s) fórmula(s) temos a taxa de transferência de calor Q = ε * ômáx Q = 0,4 * 79,485 Q = 29,394 KW A taxa de transferencia de calor é 29,394 KW As temperaturas de saídas são dadas por Q = Ca (Ta,inai - Ta,ent) 29,394 = 0,836 *(Ta,sai - 293k) (Ta,sai - 293) = 29,394 / 0,836 Ta,sai = 35,102874 + 293 Ta,sai = 333,102874K A temperatura de saída de água é 333,102874K ou 60,103°C Para óleo quente Q = Co (To,emt - To,sai) 29,394 kJ = 0,630 * (413 - To,cout) (413 - To,cout) = 46 / k To,cout = 413 - 46 To,sai = 367 K A temperatura de saída do óleo quente é 367 K ou 93,85ºC Questão 4 Com balanço de massas determinamos o valor da vazão ṁt xp = ṁt x Subst. 20 \frac{1}{h} x = ṁt x 0,5 ṁt = 4 \frac{t}{h} Com isso podemos determinar a vazão de vapor por balanço de massa ṁf = ṁt + ṁiv Subst. 20 \frac{t}{h} = 4 \frac{t}{h} + ṁiv ṁiv = 16 \frac{t}{h} Agora podemos determinar o valor da vazão de vapor utilizada para o aquecimento Q̇ = ṁv \lambda s + ṁif Cpp (Tp - Tf) = ṁi \lambda s Para isso é preciso determinar Cpp Cpp = 4,19 - 2,38 x xp Subst. Cpp = 4,19 - 2,38 x 0,1 = 3,952 \frac{kca}{kg°C} Substituindo os outros valores para obter balanço de energia 16 \frac{t}{h} x 2380 \frac{Kj}{kg} + 20 \frac{t}{h} x 3,352 \frac{kca}{kg°C} (51,7°C - 51,7°C) + ṁvs = 2200 \frac{kg}{h} ṁvs = 2200 \frac{kg}{h} = 38080 \frac{kca}{h kg} ṁvs = 17,3071 \frac{t}{h} Consumo de vapor Para calcular a economia será utilizada a seguinte equação Economia = \frac{ṁiv}{ṁvs} - \frac{16 \frac{t}{h}}{17,3071 \frac{t}{h}} = 0,924331 Para calcular a área de troca térmica será necessário calcular o transferência de calor óbelo bênalço de energia Considerando 25°C temperatura média Q̇ = 16 \frac{t}{h} x 2380 \frac{kca}{kg} + 20 \frac{t}{h} + 3,852 \frac{kca}{kg°C} (51,7°C - 25°C)