PROVA 2 - TROCADORES DE CALOR 2021_2 (ENPE)

Prévia do material em texto

<p>2 ª PROVA DE TROCADORES DE CALOR -28/03/2022</p><p>1h 40 min (Prof. Anderson A. U. de Moraes)</p><p>Nome Completo:</p><p>R.A.:</p><p>Notas: Solução Individual! Seja organizado!</p><p>AVISOS</p><p>Se faltarem dados para a análise de alguma questão, faça as necessárias considerações</p><p>tecnicamente aceitáveis e responda à questão.</p><p>Desenhe a configuração experimental quando necessário. Justifique: hipótese, simplificações e</p><p>qualquer outro critério de seleção. Quando utilizado de gráficos ou tabelas, os resultados devem</p><p>ser indicados nos mesmos e referenciados na resolução.</p><p>O único material de consulta permitido será o “formulário de apoio” disponível no AVA2.</p><p>Qualquer outro material consultado será considerado como “cola”.</p><p>Não é permitido a troca de informações durante o período de execução da prova.</p><p>O tempo proposto para sua resolução é de 1h e 40 minutos. O gasto de tempo superior a este</p><p>período não é aconselhado e permitido.</p><p>A entrega da resolução desta prova deverá ocorrer pelo ambiente AVA2 até o dia 03/04/2022.</p><p>Entrega por outros meios não será considerado.</p><p>Tenha cuidado com tamanho e forma do documento digitalizado pois existe um limite de</p><p>tamanho disponível para armazenamento no sistema do AVA 2 (10 megabytes).</p><p>Avalie se a digitalização é de fácil identificação do manuscrito. Documentos ilegíveis serão</p><p>desconsiderados.</p><p>Na resolução, alguns valores são fornecidos em função do RA ou dos algarismos do RA. O 1RA</p><p>é o último número do RA, 2RA é o penúltimo e 3RA é o antepenúltimo</p><p>https://ava2.ead.ufscar.br/mod/resource/view.php?id=315989</p><p>Questão 1: (3,5)</p><p>Um teste é realizado para determinar o coeficiente global de transferência de calor em um radiador</p><p>automotivo, que é um trocador de calor compacto de escoamento cruzado água-ar com ambos os</p><p>fluidos (ar e água) não misturados. O radiador tem N tubos de 4,0 cm de diâmetro interno e L cm de</p><p>comprimento, estreitamente espaçados em uma matriz de placa aletadas. A água quente entra nos</p><p>tubos a 90ºC a uma taxa de 0,6kg/s e os deixa a 60ºC. O ar escoa através do radiador pelos espaços</p><p>entre aletas, entretanto entrando a uma temperatura de 20ºC e uma vazão mássica de 2,5kg/s.</p><p>Dados</p><p>Se 1RA é par N=400+10*1RA tubos</p><p>Se 1RA é ímpar N=300+10*1RA tubos</p><p>Se 2RA é par L=100 cm</p><p>Se 2RA é ímpar L=150 cm</p><p>pede-se:</p><p>A) Determine o coeficiente global de transferência de calor desse radiador com base na superfície</p><p>interna dos tubos.</p><p>B) Comente qual deveria ser o coeficiente global de transferência de calor desse radiador com</p><p>base na superfície externa dos tubos. Maior, menor ou igual? Discuta tecnicamente.</p><p>Questão 2: (3,0)</p><p>Um trocador de calor de único passe deve ser projetado para aquecer 45000 kg de água em uma hora</p><p>a partir de 15ºC para 40ºC por condensação de vapor de água a 110ºC no lado do casco. Cada tubo</p><p>tem diâmetro interno de 3 cm e espessura de parede de 0,5 cm. O coeficiente de transferência de calor</p><p>por convecção na superfície interna é de 2700W/m2oC, e o coeficiente de transferência na superfície</p><p>externa é de 11000 W/m2oC. Considerando que a velocidade de entrada da água no lado do tubo é de</p><p>1,2 m/s, determine:</p><p>a) O número de tubos e o seu comprimento.</p><p>N</p><p>L</p><p>Questão 3: (3,5)</p><p>Um equipamento para recuperação de calor envolve a transferência de energia dos gases</p><p>quentes de combustão, que passam através de uma região anular aletada, para água que escoa através</p><p>do tubo interno anular em fluxo em contracorrente, como apresentado na Figura abaixo. Os gases de</p><p>combustão, que podem ser modelados como ar ideal, entram no trocador a uma temperatura de 500ºC</p><p>e uma vazão de 2kg/s, enquanto a água entra na forma líquida a uma temperatura de 20ºC e sai como</p><p>vapor saturado a 100ºC a uma vazão de 0,1kg/s. A razão entra a área interna, onde escoa a água, sobre</p><p>a área externa total de transferência de calor, onde escoa os gases de exaustão, é de 0,6 e podemos</p><p>considerar uma eficiência global de aletas do lado quente igual a 0,9. O coeficiente de transferência</p><p>de calor dos gases de combustão, que supomos constante, é de hcomb W/m2K, enquanto o coeficiente</p><p>de transferência de calor interno da água liquida (monofásico) igual a 1000W/m2K e de</p><p>100000W/m2K durante a ebulição convectiva.</p><p>A partir destas informações, pede-se:</p><p>a) A temperatura intermediária dos gases de exaustão onde a água começa a mudar de fase. (oC) e um</p><p>esquema do perfil das temperaturas dos gases de exaustão e da água ao longo do comprimento do</p><p>trocador.</p><p>b) O calor necessário para aquecer a água líquida na entrada do trocador até sua temperatura de</p><p>saturação (líquido saturado) e durante sua mudança de fase (liquido saturado até vapor saturado).</p><p>(kW).</p><p>c) Os coeficientes globais de transferência de calor, do lado dos gases quente, que ocorrem no</p><p>trocador durante o escoamento monofásico da água e durante seu escoamento bifásico. (W/m2K).</p><p>d) A área total necessária do trocador do lado dos gases quente, (m2).</p><p>Se 1RA é par hcomb=150 W/m2K</p><p>Se 1RA é ímpar hcomb=100 W/m2K</p><p>Figura esquema da Questão 3</p><p>BOA PROVA!</p><p>hcomb</p>