Fenômenos de trasporte

Questão 1

Um trocador de calor bitubular (tubos concêntricos) com configuração contracorrente é utilizado para resfriar o óleo lubrificante de um grande motor de turbina a gás industrial. A vazão mássica da água de resfriamento através do tubo interno (Di = 25 mm) é de 0,2 kg/s, enquanto a vazão do óleo através da região anular (De = 45 mm) é 0,1 kg/s. O óleo e a água entram a temperaturas de 100 e 30°C, respectivamente. Qual deve ser o comprimento do trocador se a temperatura de saída do óleo deve ser de 60°C?

Questão 2

O trocador de calor bitubular com configuração contracorrente do Exemplo 1 é substituído por um trocador tipo placas, compacto, que é constituído por um conjunto de placas finas de metal, separadas por N espaços (canais) de espessura A. Os escoamentos do óleo e da água são subdivididas em N/2 correntes individuais, com a água e o óleo escoando em sentidos opostos em canais alternados. É desejável que o conjunto tenha a forma cúbica, com uma dimensão característica externa igual a L. Determine as dimensões externas do trocador de calor como uma função do número de canais entre placas, sendo as vazões, as temperaturas de entrada e a temperatura de saída do óleo desejada as mesmas do Exemplo 1.

Questão 3

Gases quentes de exaustão, a uma temperatura de 300°C, entram em um trocador de calor com tubos aletados e escoamento cruzado e deixam esse trocador a 100°C, sendo usado para aquecer uma vazão de 1 kg/s de água pressurizado de 35°C a 125°C. O calor específico dos gases de exaustão é de aproximadamente 1000 J/(kg K) e o coeficiente global de transferência de calor baseado na área superficial no lado do gás é igual a Uq = 100 W/ (m² K). Utilizando o método ɛ-NUT, determine a área superficial no lado do gás, Aq , necessária para a troca térmica.

Questão 4

Considere o projeto do trocador de calor do Exemplo 3, ou seja, de um trocador com tubos aletados e escoamento cruzado, com um coeficiente global de transferência de calor baseado na área no lado do gás e uma área do gás de 100 W/(m² K) e 40 m², respectivamente. A vazão mássica e a temperatura de entrada da água permanecem iguais a 1 kg/s e 35°C. Entretanto, uma mudança nas condições operacionais do gerador de gases quentes faz com que os gases passem a entrar no trocador de calor a uma vazão de 1,5 kg/s e a uma temperatura de 250°C. Qual é a taxa de transferência de calor no trocador e quais são as temperaturas de saída do gás e da água?

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