Problema 31 (Prova Petrobras - Engenheiro de Processamento - 2010):
39
O fluido contido em um tanque é aquecido continuamente por uma serpentina, com área útil de troca térmica igual a
, alimentada com vapor saturado a
. Na condição permanente de operação, a temperatura do fluido no tanque se mantém a
. Considerando-se que a resistência condutiva na serpentina seja praticamente nula e se encontre em regime pseudoestacionário, o consumo aproximado de vapor saturado, em kg.min
, na condição de operação, é de
Dados: os coeficientes de convecção no vapor,
; no fluido próximo à serpentina,
; entalpia de vaporização,
.
(A) 1,5
(B) 2,4
(C) 3,5
(D) 4,1
(E) 8,3
O fluido contido em um tanque é aquecido continuamente por uma serpentina, com área útil de troca térmica igual a
(A) 1,5
(B) 2,4
(C) 3,5
(D) 4,1
(E) 8,3
Passo 1
O enunciado pede o consumo aproximado de vapor saturado, em
, necessário para manter o fluido do tanque a
quando a serpentina tem área útil de troca térmica de
e é alimentada com vapor saturado a
.\n
Informações fornecidas:
Informações fornecidas:
Passo 2
Entendendo a resistência térmica: como a resistência condutiva da serpentina é desprezada, as resistências térmicas estão em série apenas pelas duas convecções (vapor para parede e parede para fluido). A condutância global por unidade de área
é dada por
Aqui
é o coeficiente convectivo do lado do vapor e
é o coeficiente convectivo do lado do fluido. Vamos primeiro colocar todos os coeficientes na mesma unidade (
).
Passo 3
Converter
de
para
:
Agora calculamos
:
Logo
Passo 4
Cálculo da taxa de calor total
trocada entre o vapor e o fluido usando a lei da convecção com coeficiente global:
Substituindo os valores:
Calculemos passo a passo:
Portanto
Passo 5
Relacionando potência térmica com fluxo mássico de vapor: cada quilograma de vapor condensado libera
de energia. Assim a vazão mássica de vapor em
é
Temos
. Em unidades consistentes:
Convertendo para
(multiplicando por
):
Passo 6
Arredondando para o valor aproximado pedido pelo enunciado, temos
, o que corresponde à alternativa mais próxima
com
). Você pode usar esse procedimento direto na prova: calcular
pela soma das resistências convectivas, obter
e então
.
Resposta
(B)