Lista Trocadores de Calor 1
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1) Uma corrente de água quente a 90°C a 2,0kg/s será resfriada até 60°C por uma corrente de água fria a uma vazão de 4,0kg/s entrando a 40°C em um trocador bi tubular. O coeficiente global de transferência de calor é U=1000Wm-2K-1. Qual a temperatura de saída da água fria? Qual a configuração mais adequada: a paralela ou a contra corrente? Demonstre calculando as áreas de troca térmica nos dois casos. Dados: Calor específico da água Cp=4,18kJ.kg - 1 .K -1 (R.: Tc,o=55°C, Acc=9,36m2, Apar.= 12,84m2; contra corr. é mais eficiente) 2) Um trocador de tubos concêntricos contra corrente é usado para resfriar um óleo lubrificante de uma grande caldeira a gás. A vazão da água fria que escoa no tubo interno (Di=25mm) é 0,2kg/s, enquanto que a vazão de óleo na seção anular (Do=45mm) é 0,1kg/s. Óleo e água entram à temperatura de 100°C e 30°C respectivamente. Qual deve ser o comprimento do tubo se a temperatura de saída do óleo deve ser 60°C? Dados: Cp(H 2 O)=4178J. kg -1 .K -1 ; Cp(óleo)=2131J. kg -1 .K -1 ; U=37,8Wm-2K-1 (R.: 66,5m) 3) Água fria a 20°C e 5000kg/h deve ser aquecida até 60°C usando água quente fornecida a 80°C e 15.000kg/h. Você selecionou de um catálogo de fabricante um trocador bi tubular para operar em contra corrente. Determine a temperatura de saída da água quente. Dados: Cp(H2O)=4180J.kg -1 .K -1 (R.: 66,67°C) 4) Amônia (Cp=4980J.kg-1K-1) entra a 50°C a uma vazão de 0,1kg/s em um trocador bi tubular contra corrente e sai a 30°C. Do outro lado, água (Cp=4178J.kg - 1 K -1 ) a 20°C entra no trocador a 0,4kg/s. Assumindo U=1100Wm -2 K -1 , a) Qual a temperatura de saída da água e qual a área de troca térmica? (Tc,o=25,96°C ; A=0,57m2) b) Se o tubo interno e o tubo externo do trocador possuem diâmetros iguais a 30mm e 50mm respectivamente, qual deverá ser o comprimento do trocador? (R.: 6,05m) c) Se o trocador fosse de configuração em paralelo, qual teria que ser seu comprimento? (R.: 7,42m) 5) Vapor de água a 1,5kg/s saturado a 0,51bar (Tsat=355K) deixa uma turbina e entra em um condensador para ser convertido a líquido saturado. O condensador é um trocador bi tubular contra corrente com água entrando a 15kg/s a 280K. O coeficiente global de transferência de calor pode ser assumido como U=5000Wm-2K-1. Determine a temperatura de saída da água de resfriamento e a área de troca térmica do trocador. Dado: Cp(H2O)=4178J.kg -1 .K -1 ; ΔHvap(H2O)=2304 kJ/kg (R.:Tc,o=335,15K ; A=16,66m 2 ) 6) Uma corrente de água a 3,5kg/s será evaporada (Tsat=400K) passando por um trocador bi tubular em contra corrente com 45kg/s de vapor superaquecido a 1,79bar entrando a 450K (este vapor não muda de estado físico, mas muda de temperatura). O coeficiente global de transferência de calor pode ser assumido como U=5000Wm-2K-1. Determine a temperatura de saída do vapor superaquecido e a área de troca térmica. Dados: Cp(H2O)=4178J.kg -1 .K -1 ; ΔHvap(H2O)=2304 kJ/kg (R.: Th,o=407,11K ; A=73,38m 2 ) 7) Um trocador de calor de escoamento cruzado, usado em um procedimento de by-pass cardiopulmonar, resfria sangue escoando a uma vazão de 5 litros/min da temperatura corporal de 37°C até 25°C para induzir o paciente à hipotermia do corpo, que reduz o metabolismo. O fluido de refrigeração é água gelada a 0°C e sua vazão é ajustada para que saia do trocador a 15°C. O trocador opera com os fluídos não misturados e o coeficiente global de transferência de calor é igual a 750 W/m².°C. A densidade do sangue é 1050 kg/m³ e o calor específico é de 3740 J/kg.°C. Determine: a) A taxa de transferência de calor no trocador b) A vazão de água gelada c) A área da superfície do trocador de calor 8) Um trocador casco e tubos têm 135 tubos com paredes delgadas em uma configuração com dois passes, cada um com 12,5mm de diâmetro e uma área superficial total de 47,5m². Água passa por dentro dos tubos e entra no trocador a 15°C e vazão mássica de 6,5kg/s e é aquecida por gases de exaustão que estão a 200°C e 5kg/s. Considere o gás como sendo de propriedades iguais as do ar e que o sistema possui coeficiente global de transferência de calor igual a 200W/m².°C. Determine as temperaturas de saída da água e do gás. 9) Vapor de água de processo, saturado a 1 atm é condensado em um trocador de calor casco e tubos. Água de resfriamento entra nos tubos a 15°C com uma velocidade média de 3,5m/s. Os tubos têm paredes delgadas e são feitos de cobre com diâmetro de 14 mm e comprimento de 1m. O coeficiente de transferência de calor por convecção na condensação é de 21800 W/m². °C. Determine o número de tubos necessários para condensar 2,3 kg/s de vapor. K cobre = 398 W/m.K
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1) Uma corrente de gua quente a 90C a 2,0kg/s ser resfriada at 60C por uma corrente de gua fria a uma vazo de 4,0kg/s entrando a 40C em um trocador bi tubular. O coeficiente global de transferncia de calor U=1000Wm-2K-1. Qual a temperatura de sada da gua fria? Qual a configurao mais adequada: a paralela ou a contra corrente? Demonstre calculando as reas de troca trmica nos dois casos.
Dados: Calor especfico da gua Cp=4,18kJ.kg-1.K-1 (R.: Tc,o=55C, Acc=9,36m2, Apar.= 12,84m2; contra corr. mais eficiente)
2) Um trocador de tubos concntricos contra corrente usado para resfriar um leo lubrificante de uma grande caldeira a gs. A vazo da gua fria que escoa no tubo interno (Di=25mm) 0,2kg/s, enquanto que a vazo de leo na seo anular (Do=45mm) 0,1kg/s. leo e gua entram temperatura de 100C e 30C respectivamente. Qual deve ser o comprimento do tubo se a temperatura de sada do leo deve ser 60C?
Dados: Cp(H2O)=4178J. kg-1.K-1 ;
Cp(leo)=2131J. kg-1.K-1 ; U=37,8Wm-2K-1 (R.: 66,5m)
3) gua fria a 20C e 5000kg/h deve ser aquecida at 60C usando gua quente fornecida a 80C e 15.000kg/h. Voc selecionou de um catlogo de fabricante um trocador bi tubular para operar em contra corrente. Determine a temperatura de sada da gua quente. Dados: Cp(H2O)=4180J.kg-1.K-1 (R.: 66,67C)
4) Amnia (Cp=4980J.kg-1K-1) entra a 50C a uma vazo de 0,1kg/s em um trocador bi tubular contra corrente e sai a 30C. Do outro lado, gua (Cp=4178J.kg-1K-1) a 20C entra no trocador a 0,4kg/s. Assumindo U=1100Wm-2K-1, a) Qual a temperatura de sada da gua e qual a rea de troca trmica? (Tc,o=25,96C ; A=0,57m2) b) Se o tubo interno e o tubo externo do trocador possuem dimetros iguais a 30mm e 50mm respectivamente, qual dever ser o comprimento do trocador? (R.: 6,05m) c) Se o trocador fosse de configurao em paralelo, qual teria que ser seu comprimento? (R.: 7,42m)
5) Vapor de gua a 1,5kg/s saturado a 0,51bar (Tsat=355K) deixa uma turbina e entra em um condensador para ser convertido a lquido saturado. O condensador um trocador bi tubular contra corrente com gua entrando a 15kg/s a 280K. O coeficiente global de transferncia de calor pode ser assumido como U=5000Wm-2K-1. Determine a temperatura de sada da gua de resfriamento e a rea de troca trmica do trocador.
Dado: Cp(H2O)=4178J.kg-1.K-1 ; Hvap(H2O)=2304 kJ/kg (R.:Tc,o=335,15K ; A=16,66m2)
6) Uma corrente de gua a 3,5kg/s ser evaporada (Tsat=400K) passando por um trocador bi tubular em contra corrente com 45kg/s de vapor superaquecido a 1,79bar entrando a 450K (este vapor no muda de estado fsico, mas muda de temperatura). O coeficiente global de transferncia de calor pode ser assumido como U=5000Wm-2K-1. Determine a temperatura de sada do vapor superaquecido e a rea de troca trmica. Dados: Cp(H2O)=4178J.kg-1.K-1; Hvap(H2O)=2304 kJ/kg (R.: Th,o=407,11K ; A=73,38m2)
7) Um trocador de calor de escoamento cruzado, usado em um procedimento de by-pass cardiopulmonar, resfria sangue escoando a uma vazo de 5 litros/min da temperatura corporal de 37C at 25C para induzir o paciente hipotermia do corpo, que reduz o metabolismo. O fluido de refrigerao gua gelada a 0C e sua vazo ajustada para que saia do trocador a 15C. O trocador opera com os fludos no misturados e o coeficiente global de transferncia de calor igual a 750 W/m.C. A densidade do sangue 1050 kg/m e o calor especfico de 3740 J/kg.C. Determine: a) A taxa de transferncia de calor no trocador b) A vazo de gua gelada c) A rea da superfcie do trocador de calor 8) Um trocador casco e tubos tm 135 tubos com paredes delgadas em uma configurao com dois passes, cada um com 12,5mm de dimetro e uma rea superficial total de 47,5m. gua passa por dentro dos tubos e entra no trocador a 15C e vazo mssica de 6,5kg/s e aquecida por gases de exausto que esto a 200C e 5kg/s. Considere o gs como sendo de propriedades iguais as do ar e que o sistema possui coeficiente global de transferncia de calor igual a 200W/m.C. Determine as temperaturas de sada da gua e do gs.
9) Vapor de gua de processo, saturado a 1 atm condensado em um trocador de calor casco e tubos. gua de resfriamento entra nos tubos a 15C com uma velocidade mdia de 3,5m/s. Os tubos tm paredes delgadas e so feitos de cobre com dimetro de 14 mm e comprimento de 1m. O coeficiente de transferncia de calor por conveco na condensao de 21800 W/m. C. Determine o nmero de tubos necessrios para condensar 2,3 kg/s de vapor. Kcobre = 398 W/m.K
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