Trocadores de Calor - Avaliação A1 - Engenharia Térmica - 2023

Trocadores de Calor Avaliação A1 20232 Resolva de cada uma das questões explicando som suas próprias palavras a solução Solução sem explicação será penalizada com perda de 05p em cada questão Coloque as unidades no desenvolvimento da solução Solução sem unidades terá perda de 05p em cada questão A solução deverá ser obrigatoriamente a caneta caso contrário será penalizado com perda de 5p cinco pontos Entrega 28092023 Entrega posterior a esta data será penalizada com a perda de 3 pontos na nota da A1 1 3p Um longo tubo de vapor de 8 cm de diâmetro cuja temperatura da superfície externa é 90 C passa por uma área aberta sem proteção contra ventos Determine a taxa de perda de calor do tubo por unidade de comprimento quando o ar está a 1 atm de pressão e 7 C e o vento está soprando sobre a tubulação com velocidade de 50 kmh 2 3p Água de resfriamento disponível a 10 C é utilizada para condensar vapor a 30 C no condensador de uma central elétrica a uma taxa de 015 kgs por meio da circulação da água de resfriamento através de um banco de tubos finos de cobre de 5 m de comprimento e 12 cm de diâmetro interno A água entra no tubo com uma velocidade média de 4 ms e deixao a uma temperatura de 24 C Os tubos são quase isotérmicos a 30 C Determine o coeficiente médio de transferência de calor entre a água e os tubos bem como o número de tubos necessários para atingir a taxa de transferência de calor no condensador 3 4p Água a uma temperatura média de 110 C e uma velocidade média de 35 ms escoa através de um tubo de aço inoxidável k 142 Wm K de 5 m de comprimento em uma caldeira Os diâmetros interno e externo do tubo são Di10 cm e Do14 cm respectivamente Considerando que o coeficiente de transferência de calor por convecção da superfície externa do tubo onde ocorre a ebulição é ho7200 Wm2 K determine o coeficiente global de transferência de calor Ui dessa caldeira com base na superfície interna do tubo QUESTÃO 1 Avaliando as propriedades do fluido na temperatura de filme 𝑇𝑓 90 7 2 485 Propriedades 𝑘 002789 𝑊𝑚𝐾 𝜈 1805106 𝑚2𝑠 𝑃𝑟 0704 Calculando Reynolds 𝑅𝑒 𝐷 𝑉 𝜈 𝑉 50 𝑘𝑚 ℎ 1000𝑚 1𝑘𝑚 1ℎ 3600𝑠 1389 𝑚𝑠 𝑅𝑒 008 1389 1805106 61562 Como o regime é laminar 𝑅𝑒 2105 podese utilizar a correlação de Churchill Equação 754 INCROPERA 6º Ed 𝑁𝑢 03 062 𝑅𝑒 1 2 𝑃𝑟 1 3 1 04 𝑃𝑟 2 3 1 4 1 𝑅𝑒 282000 5 8 4 5 𝑁𝑢 03 062 61562 1 2 0704 1 3 1 04 0704 2 3 1 4 1 61562 282000 5 8 4 5 𝑁𝑢 15643 Calculando o coeficiente convectivo ℎ 𝑁𝑢 𝑘 𝐷 ℎ 15643 002789 008 ℎ 5454 𝑊𝑚2𝐾 Calculando a taxa de perda de calor 𝑞 ℎ 𝐴 𝑇𝑠 𝑇 𝑞 ℎ 𝜋 𝐷 𝐿 𝑇𝑠 𝑇 𝑞 𝐿 ℎ 𝜋 𝐷 𝑇𝑠 𝑇 𝑞 𝐿 5454 𝜋 008 90 7 𝑞 𝐿 113771 𝑊𝑚 QUESTÃO 2 Avaliando as propriedades físicas na temperatura média do fluido 𝑇𝑚 10 24 2 17 Propriedades 𝑘 0598 𝑊𝑚𝐾 𝜌 999 𝑘𝑔𝑚3 𝜇 1080106 𝑃𝑎 𝑠 𝑃𝑟 756 𝑐𝑝 4184 𝑘𝐽𝑘𝑔𝐾 ℎ𝑣𝑎𝑝 2461 𝑘𝐽𝑘𝑔𝐾 Calculando a vazão mássica de água 𝑚 𝜌 𝑉 𝐴 𝑚 999 4 𝜋 00122 4 𝑚 0452 𝑘𝑔𝑠 Calculando a taxa de transferência de calor para um tubo 𝑞 𝑚 𝑐𝑝 𝑇 𝑞 0452 4184 24 10 𝑞 2648 𝑘𝑊 Calculando a área de transferência de calor de um tubo 𝐴𝑠 𝜋 𝐷 𝐿 𝐴𝑠 𝜋 0012 5 𝐴𝑠 0188 𝑚2 Calculando a média logarítmica de diferença de temperatura 𝑇𝑀𝐿 𝑇𝑚á𝑥 𝑇𝑚í𝑛 ln 𝑇𝑚á𝑥 𝑇𝑚í𝑛 𝑇𝑀𝐿 30 24 30 10 ln 30 24 30 10 𝑇𝑀𝐿 1163 Calculando o coeficiente de transferência de calor 𝑞 ℎ 𝐴 𝑇𝑀𝐿 2648103 ℎ 0188 1163 ℎ 12111 𝑊𝑚2𝐾 Calculando o calor necessário para a condensação do vapor 𝑄 𝑚 𝑣𝑎𝑝 ℎ𝑣𝑎𝑝 𝑄 015 2461 𝑄 36915 𝑘𝑊 Calculando o número de tubos 𝑛º 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 𝑄 𝑞 𝑛º 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 36915 2648 𝑛º 𝑡𝑢𝑏𝑜𝑠 1394 QUESTÃO 3 As propriedades serão avaliadas na temperatura da água 𝑇 110 𝑘 06842 𝑊𝑚𝐾 𝜇 2528106 𝑃𝑎𝑠 𝜌 95111 𝑘𝑔𝑚3 𝑃𝑟 1562 Calculando Reynolds 𝑅𝑒 𝜌 𝑉 𝐷 𝜇 𝑅𝑒 95111 35 001 2528106 𝑅𝑒 131681 Como o regime é turbulento podese utilizar a Equação 860 INCROPERA 6º Ed 𝑁𝑢 0023 𝑅𝑒08 𝑃𝑟04 𝑁𝑢 0023 13168108 156204 𝑁𝑢 34262 Calculando o coeficiente de transferência de calor interno ℎ𝑖 𝑁𝑢 𝑘 𝐷𝑖 ℎ𝑖 34262 06842 001 ℎ𝑖 23442 𝑊𝑚2𝐾 Calculando as resistências térmicas da caldeira 𝑅𝑖𝑛𝑡 1 ℎ𝑖 𝐴𝑖 1 23442 𝜋 001 5 2716104 𝐾𝑊 𝑅𝑒𝑥𝑡 1 ℎ𝑒 𝐴𝑒 1 7200 𝜋 0014 5 6316104 𝐾𝑊 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑 ln 𝐷𝑒 𝐷𝑖 2𝜋𝐿𝑘 ln 0014 001 2𝜋 5 142 7542104 𝐾𝑊 A resistência térmica total 𝑅𝑇 2716104 6316104 7542104 𝑅𝑇 16574103 𝐾𝑊 Calculando o coeficiente global de transferência de calor 𝑈 1 𝑅𝑇 𝐴𝑖 𝑈 1 16574103 𝜋 001 5 𝑈 384108 𝑊𝑚2𝐾