1.

(Adaptado) Num trocador de calor de tubos concêntricos e correntes contrárias, água fria entra pelo tubo interno a 10 ° C e sai a 30 ° C . Água quente escoa pelo espaço anular, entrando a 60 ° C e a uma velocidade de 1   m / s .

O tubo interno tem um diâmetro igual a 4   c m , o tubo externo tem diâmetro interno igual a 8   c m e a espessura da parede do tubo interno é igual a 5 m m . O comprimento dos tubos é igual a 2   m . Sabe-se que a efetividade do trocador é igual a 0,6 .

As propriedades da água são consideradas constantes, dadas por: μ = 9 × 10 - 4   P a . s ,   ρ = 1000   k g / m 3 ,   k = 0,7   W / m K ,   P r = 0,7   e   c p = 4100   J / k g K . Determine:

a O fluxo de calor trocado entre os fluidos e a temperatura de saída da água quente.

b A vazão mássica de água fria.

Resolução
2.

Água c p = 4180   J / ( k g . ° C ) deve ser aquecida com ar quente c p = 1010   J / ( k g . ° C ) aquecido por energia solar em um trocador de calor de tubo duplo em contracorrente.

O ar entra no trocador de calor a 90 ° C com uma taxa de 0,3   k g / s , enquanto a água entra a 22 ° C com uma taxa de 0,1   k g / s . O coeficiente global de transferência de calor baseado na face interna do tubo é 80   W / ( m 2 . ° C ) .

O comprimento do tubo é de 12   m e seu diâmetro interno é de 1,2   c m . Determinar as temperaturas de saída da água e do ar.

Resolução
3.

(Adaptado) A água c p = 4180   J / ( k g . ° C ) entra nos tubos de 2,5   c m de diâmetro interno de um trocador de calor de tubo duplo em contracorrente a 17 ° C com uma taxa de 3,0   k g / s . Ela é aquecida por condensação de vapor a 120 ° C no casco.

Se o coeficiente global de transferência de calor do trocador é de 700   W / ( m 2 . ° C ) , determinar o comprimento do tubo necessário, a fim de aquecer a água a 80 ° C utilizando o Método da Eficiência e NUT.

Resolução
4.

Um trocador de calor de escoamento cruzado ar-água com uma eficiência de 0,65 é utilizado para aquecer água c p = 4180   J / ( k g . ° C ) com ar quente c p = 1010   J / ( k g . ° C ) .

A água entra no trocador de calor a 20 ° C com uma taxa de 4   k g / s , enquanto o ar entra a 100 ° C com uma taxa de 9   k g / s .

Se o coeficiente global de transferência de calor baseado no lado da água é de 260   W / ( m 2 . ° C ) , determinar a superfície de transferência de calor do trocador de calor no lado da água.

Considere que ambos os fluidos são sem mistura.

Resolução
5.

O vapor deve ser condensado sobre o lado do casco de um condensador com 1 passe no casco e 8 passes no tubo, com 50 tubos em cada passe, a 30 ° C h f g = 2431   k J / k g .

A água de resfriamento c p = 4180   J / ( k g . ° C ) entra nos tubos a 15 ° C com uma taxa de 1800   k g / h . Os tubos são de parede fina e têm um diâmetro de 1,5   c m e 2   m de comprimento por passe.

Se o coeficiente global de transferência de calor é de 3000   W / ( m 2 . ° C ) , determinar a a taxa de transferência de calor e b a taxa de condensação do vapor.

Resolução
6.

Num trocador de calor de tubos concêntricos e correntes paralelas, água fria entra pelo tubo interno a 20 ° C e a uma vazão de 3000   k g / h . Óleo quente ( c p = 1800   J / k g K ) entra a 80 ° C , e escoa a uma taxa de 2000   k g / h , através do espaço anular entre os tubos.

O tubo interno tem um diâmetro interno igual a 10   c m e espessura igual a 2 m m . O tubo externo tem diâmetro igual a 20   c m . O comprimento dos tubos é igual a 2   m e a condutividade térmica dos tubos vale 20   W / m K . As propriedades da água são dadas por: μ = 9 × 10 - 4   P a . s , ρ = 1000   k g / m 3 , k = 0,7   W / m K , P r = 0,7 , c p = 3800   J / k g K . Determine:

a O coeficiente de troca de calor interno, considerando escoamento desenvolvido.

b O coeficiente global de troca de calor baseado na área interna do tubo interno, considerando que o coeficiente de troca de calor externo do tubo vale 1000   W / m 2 K .

c A efetividade do trocador de calor.

d A taxa de transferência de trocador entre os fluidos e a temperatura de saída da água.

Resolução
7.

Um trocador de calor de tubo duplo com parede fina e escoamento paralelo é utilizado para aquecer um produto químico, cujo calor específico é 1800   J / ( k g . ° C ) , com água quente ( c p = 4180   J / ( k g . ° C ) ) .

O produto químico entra a 20 ° C com uma taxa de 3   k g / s , enquanto a água entra a 110 ° C com uma taxa de 2   k g / s . A superfície de transferência de calor do trocador de calor é de 7   m 2 e o coeficiente global de transferência de calor é 1200   W / ( m 2 . ° C ) .

Determinar as temperaturas de saída do produto químico e da água.

Resolução

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