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Transmissão de calor - Profa. Adriana S. França - 4ª Avaliação - 1º semestre 2015
Nome:
1) (7 pontos) Deseja-se resfriar um fluido (2 kg/s. cp = 3500 J/kgK) de 90 a 45oC, utilizando água a 20oC (2,5 kg/s, cp = 4180 J/KgK) em um trocador casco e tubos. Dispõe-se de 40 tubos de 10cm de diâmetro interno e 2m de comprimento diversas conexões em U. Para as configurações listadas a seguir, determine qual seria a mais eficiente e calcule o coeficiente global de troca de calor para a configuração escolhida. a) 2 passes nos tubos 1 passe no casco b) 4 passes nos tubos e 2 passes no casco
2) (5 pontos) Em uma operação do coração sob condições hipotérmicas, o sangue de um paciente é resfriado antes da
cirurgia e reaquecido subsequentemente. É proposto que um trocador de calor de correntes contrárias de 0,5m de
comprimento seja usado para esta finalidade, com um tubo concêntrico de parede delgada com diâmetro interno de
50mm. O calor específico do sangue é 3500 J/kgK. Se 0,10kg/s de água a 60oC são utilizados para aquecer 0,05 kg/s
de sangue entrando no trocador a 18oC , qual é a temperatura do sangue na saída do trocador? O coeficiente global de
troca é de 500 W/m2K e o calor específico da água é 4200 J/kgK.
3) (8 pontos) Em um sistema de potência de Rankine, 1,5 kg/s de vapor saturado (0,5 bar, 355K, ∆hvap=2 x 106 J/kg) deixa a turbina e é condensado através da passagem sobre os tubos de um trocador de calor casco e tubos (um passe no casco, 2 passes nos tubos), constituído de 100 tubos de 10 mm de diâmetro. Água a 280K (cp = 4200 J/kgK) escoa nos tubos a uma vazão de 15 kg/s. Sabendo que o coeficiente global de troca de calor é de 3500 W/m2K, calcule a temperatura de saída da água e o comprimento por passe de cada tubo. Após uso prolongado, a presença de incrustrações ocasiona uma redução na quantidade de vapor condensando. Sabendo que o calor associado à mudança de fase pode ser calculado pelo produto entre a vazão de vapor ( )vaporm& e o calor de vaporização (∆hvap), avalie qual
será a redução na vazão de vapor associada a uma resistência decorrente do efeito de incrustrações de 1,2 x 10-4 m2K/W, considerando as mesmas temperaturas de entrada dos fluidos.
Formulário:
( )( ) ( ) ( )cecschshehe,ce,hmin
12
12 TTCTTCTTCT/Tln
TTUAq −=−=−ε=
∆∆
∆−∆=
maxminmin /;/ CCCCUANUT
r==
Relações de efetividade para trocador de calor:
Tubos concêntricos
Correntes paralelas ( )[ ]r
r
C1
C1NUTexp1
+
+−−=ε
Correntes contrárias ( )[ ]( )[ ]
1CNUT1
NUT
1CC1NUTexpC1
C1NUTexp1
r
rrr
r
=+
=ε
<−−−
−−−=ε
Casco e tubos
Um passe no casco (2,4,... passes nos tubos)
( ){( )[ ]( )[ ]
1
2/12r
2/12r
2/12rr1
C1NUTexp1
C1NUTexp1
C1C12−
+−−
+−+×
+++=ε
2
n passes no casco (2n,4n,... passes nos tubos)
1
r
n
1
r1
n
1
r1 C1
C11
1
C1−
−
ε−
ε−
−
ε−
ε−=ε
Correntes cruzadas (passe único)
Ambos os fluidos não-misturados ( ) ( )( ){ }
−−
−=ε 1NUTCexpNUT
C
1exp1 78,0
r22,0
r
Cmax (misturado)
Cmin (não-misturado) ( )[ ]{ }( )NUTexp1Cexp1C
1r
r
−−−−
=ε
Cmin (misturado)
Cmax (não-misturado) ( ) [ ]{ }( )NUTCexp1Cexp1 r
1r −−−−=ε −
Todos os trocadores (Cr = 0) [ ]NUTexp1 −−=ε
Relações do parâmetro NUT para trocador de calor
Tubos concêntricos
Correntes paralelas ( )[ ]r
r
C1
C11lnNUT
+
+ε−−=
Correntes contrárias
1C1
NUT
1C1C
1ln
1C
1NUT
r
rrr
=ε−
ε=
<
−ε−ε
−=
Casco e tubos
Um passe no casco (2,4,... passes nos tubos) ( )
( )( ) 2/12
r
r1
2/12r
C1
C1/2E
1E
1ElnC1NUT
+
+−ε=
+−
+−=−
n passes no casco (2n,4n,... passes nos tubos)
Usar as equações para um passe no casco com:
n/1
r
r1 1
1CF
CF
1F
−ε
−ε=
−−
=ε
Correntes cruzadas (passe único)
Cmax (misturado)
Cmin (não-misturado) ( )
ε−
+−= r
r
C1lnC
11lnNUT
Cmin (misturado)
Cmax (não-misturado) ( )[ ]11lnln
1+−
−= ε
r
r
CC
NUT
Todos os trocadores (Cr = 0) ( )ε−−= 1lnNUT
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