Tópico 5 dos exames profissionais para engenheiros químicos: Transferência de calor
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Este tópico foi editado pela última vez por zhanghp30 em 29/09/2019, às 14:22.1. Conhecimentos especializados:
1). Conceitos básicos: densidade de fluxo térmico, fluxo térmico, lei de Fourier, gradiente de temperatura. É importante prestar atenção aos fatores que influenciam o coeficiente de condução térmica dos diferentes materiais. Questões de múltipla escolha sobre esse assunto aparecem quase todos os anos. Para mais detalhes, consulte os livros didáticos da Universidade de Tianjin. Não é necessário memorizar nada! Basta desenhar as equações corretamente.
2). Fórmulas de condução térmica em paredes planas e cilindros, conceito de isolamento térmico. Relação entre a diferença de temperatura e a resistência térmica no processo de condução térmica em estado estacionário.
3). Fórmula para a turbulência forçada em tubos circulares retos: lalufa*d/lanbuda=0,023*Re^0,8*Pr^n. É importante saber como usar essa fórmula para análises qualitativas! 4). Conceitos e gráficos de ebulição em camada e ebulição nuclear: consulte o livro “Princípios de Engenharia Química”, volume 1, da Universidade de Tianjin; esse tópico é frequentemente abordado em questões de múltipla escolha a cada ano! 5). Fórmula de equilíbrio térmico, cálculo do coeficiente total de transferência de calor, fórmulas para o cálculo da área de troca de calor, conceito de número de unidades de transferência de calor. Veja o material didático para detalhes. 1). Quanto às afirmações sobre o coeficiente de condução térmica, quais são corretas? (ABC)
A. Em geral, os metais têm um coeficiente de condução maior do que os não metais.
B. O cobre puro tem um coeficiente de condução maior do que o aço inoxidável em dezenas de vezes.
C. O coeficiente de condução térmica dos metais diminui à medida que a temperatura aumenta.
D. O coeficiente de condução térmica dos gases não depende da temperatura.
2). No caso da condução térmica em paredes planas múltiplas em estado estacionário, quais são as afirmações corretas? (BCD)
A. Quanto maior a diferença de temperatura, maior será o coeficiente de condução.
B. A camada com maior diferença de temperatura possui maior resistência térmica.
C. A quantidade de calor transferida por unidade de área é a mesma em todas as camadas.
D. A quantidade de calor transferida em cada camada é a mesma.
3). Quanto ao coeficiente de condução térmica em tubos com convecção forçada, qual afirmação está incorreta? (A)
A. Tubos retos têm um coeficiente de condução maior do que tubos curvos.
B. Convecção turbulenta tem um coeficiente de condução maior do que convecção laminar.
C. Tubos curtos têm um coeficiente de condução maior do que tubos longos.
D. Tubos de formato especial têm um coeficiente de condução maior do que tubos circulares.
4). Para calcular o coeficiente de condução térmica em tubos com convecção forçada, qual temperatura deve ser utilizada? (C)
A. Média aritmética entre a temperatura da entrada do fluido e a temperatura da parede.
B. Temperatura da parede.
C. Média aritmética entre as temperaturas de entrada e saída do fluido.
D. Média logarítmica entre as temperaturas de entrada e saída do fluido.
5). Para aumentar o coeficiente de condução térmica na condensação de vapor, quais são as medidas corretas? (ABC)
A. Trocar a orientação vertical pela horizontal.
B. Reduzir a umidade do vapor sobre a superfície de condensação.
C. Aumentar a velocidade do fluxo de vapor.
D. Aumentar a rugosidade da superfície de condensação.
6). Em um trocador de calor de tipo tubular convencional, utilizado para aquecer óleo leve com vapor saturado, quais medidas devem ser tomadas para aumentar o coeficiente total de condução térmica K? (B)
A. Trocar o fluxo em paralelo pelo fluxo em contracorrente.
B. Aumentar a velocidade do óleo no interior dos tubos.
C. Aumentar a pressão do vapor saturado.
D. Aumentar o fluxo de vapor saturado.
7). Para resfriar óleos a alta temperatura, 200°C, com água circulante, qual tipo de trocador de calor é adequado? (AC)
A. Trocador de calor de tipo flutuante.
B. Trocador de calor com placa fixa.
C. Trocador de calor de tipo U.
D. Resfriador a ar.
8). Ao utilizar um trocador de calor de tipo tubular para aquecer um fluido de alta viscosidade com vapor de pressão média, qual arranjo é adequado? (A)
A. O vapor flui pelo interior dos tubos, enquanto o fluido a ser aquecido flui pelo exterior dos tubos.
B. O vapor flui pelo exterior dos tubos, enquanto o fluido a ser aquecido flui pelo interior dos tubos.
C. Não há grande diferença entre os arranjos.
D. O trocador de calor de tipo tubular não pode ser utilizado.
9). Em um evaporador, onde se utiliza vapor de pressão média para evaporar soluções de sais inorgânicos, qual é a diferença de temperatura média ideal? (D)
A. Diferença de temperatura entre a entrada e a saída do vapor.
B. Diferença de temperatura entre a entrada e a saída da solução.
C. Diferença de temperatura média logarítmica entre o vapor e a solução.
D. Diferença de temperatura entre o vapor e a solução.
10)* Qual é a ordem correta dos coeficientes de transferência de calor por convecção? (B)
(1) Coeficiente de Alfa quando o vapor se condensa em gotas.
(2) Coeficiente de Alfa quando a velocidade do ar é de 15 m/s.
(3) Coeficiente de Alfa quando a velocidade da água é de 1,5 m/s.
A. (1) > (2) > (3)
B. (1) > (3) > (2)
C. (3) > (1) > (2)
D. (3) > (2) > (1)
11)* Quando o benzeno flui de forma turbulenta em um tubo circular com diâmetro interno de 20 mm, o coeficiente de transferência de calor por convecção é de 1270 W/m²·K. Se a vazão e as propriedades físicas permanecerem as mesmas, e o diâmetro interno do tubo for alterado para 30 mm, qual será o novo coeficiente de transferência de calor? (C)
A. Permanece o mesmo.
B. 2540 W/m²·K
C. 612 W/m²·K
D. Não é possível determinar.
12). Um forno é construído com tijolos refratários de 0,3 m de espessura, tijolos isolantes de 0,15 m de espessura e tijolos comuns de 0,25 m de espessura. A temperatura da superfície interna é de 1530 K, enquanto a temperatura da superfície externa é de 325 K. A perda de calor por unidade de área é de (A) W: A) 937,2 B) 1028 C) 789 D) 1560.
13) Na transferência de calor por condensação de vapor, qual é o efeito do gás não condensável no coeficiente de transferência de calor? (A) A) Reduzir B) Aumentar C) Sem efeito D) Impossível determinar.
14) No caso da ebulição em grandes reservatórios, industrialmente, ela é sempre controlada no estado de (B): A) Convecção natural B) Ebulição por núcleos C) Ebulição em camadas D) Ebulição instável em camadas.
15) Em geral, para o mesmo tipo de fluido, qual afirmação sobre o coeficiente de transferência de calor por convecção está correta? (C) A) Na convecção forçada, o coeficiente é menor do que na convecção natural; quando há transformação de fase, o coeficiente é menor do que quando não há transformação de fase. B) Na convecção forçada, o coeficiente é maior do que na convecção natural; quando há transformação de fase, o coeficiente é menor do que quando não há transformação de fase. C) Na convecção forçada, o coeficiente é maior do que na convecção natural; quando há transformação de fase, o coeficiente é maior do que quando não há transformação de fase. D) Na convecção forçada, o coeficiente é menor do que na convecção natural; quando há transformação de fase, o coeficiente é maior do que quando não há transformação de fase.
16) O vapor d’água saturado se condensa fora de um tubo circular com diâmetro externo de 20 mm e comprimento de 2 m. Se as outras condições permanecerem as mesmas, mas o tubo for colocado horizontalmente em vez de verticalmente, qual será a mudança no coeficiente de transferência de calor? (A) A) Dobrar B) Reduzir pela metade C) Reduzir ligeiramente D) Não mudar.
17) Para reduzir a resistência térmica causada pela sujeira, o que deve ser feito? (D) A) Reduzir a velocidade do fluxo B) Usar tubos com maior rugosidade C) Usar paredes de tubo com maior coeficiente de condução térmica D) Limpar regularmente.
18) Nos trocadores de calor a tubos, a resistência térmica causada pela sujeira pode ser ignorada. Quando o coeficiente de transferência de calor do fluido externo ao tubo é muito maior do que o do fluido interno, o que é importante para aumentar o coeficiente total de transferência de calor? (B) A) Aumentar a velocidade do fluido externo ao tubo B) Aumentar a velocidade do fluido interno ao tubo C) Reduzir a sujeira D) Reduzir a espessura da parede do tubo.
19) Industrialmente, os tubos aquecedores com aletas são usados no lugar dos tubos de aço com o objetivo de (C): A) Aumentar a resistência térmica B) Economizar aço e melhorar a aparência C) Aumentar a área de transferência de calor e melhorar a eficiência da transferência de calor D) Reduzir as perdas de calor.
20) Os trocadores de calor de placas helicoidais são adequados para (D) situações. A – Alta pressão B – Alta temperatura C – Manutenção frequente D – Pressão baixa; os dois fluidos fluem em direções opostas
Este tópico foi editado pela última vez por zhanghp30 em 31/03/2016, às 22:06. 2. Conhecimentos relacionados aos casos de aplicação: 1). Em um trocador de calor de tubos duplos, o vapor saturado é introduzido no lado do casco para aquecer o ar dentro dos tubos. O vapor saturado a 110°C se condensa em água à mesma temperatura, aquecendo assim o ar de 20°C para 80°C. Qual será então a temperatura de saída do primeiro conjunto de tubos? Para um trocador de calor de tubos duplos, temos: Q = Wc * Cp * (t2 – t1) = KS * detaT. Portanto, detaT = 54,6°C. Além disso, WC * CP * (80 – 20) = KS * 54,6……(1) Para o primeiro conjunto de tubos: WCCP * (t1 – 20) = KS/2 * (t1 – 20) / Ln((11 – 20) / (110 – t1))……(2) t1 = 58°C. Atente às técnicas de resolução de problemas! 2). Nos trocadores de calor em fluxo paralelo, o óleo é resfriado com água. As temperaturas de entrada e saída da água são, respectivamente, 25°C e 40°C. Já as temperaturas de entrada e saída do óleo são 150°C e 100°C. Devido às exigências da produção, a temperatura de saída do óleo precisa ser reduzida para 80°C. Supondo que o fluxo de óleo e água, bem como as temperaturas de entrada e saída e as propriedades físicas dos fluidos, permaneçam inalterados, e considerando que o comprimento original dos tubos do trocador de calor é de 1,2 m, qual será o comprimento necessário para que o trocador de calor atenda a essas condições? A perda de calor é ignorada. A diferença de temperatura média inicial era detat1 = 88,6°C. Quando T2’ = 80°C, a temperatura de saída do fluido frio é whcph/wccpc = (t2 – t1) / (T1 – T2) = (t2’ – t1) / (T1 – T2’). Como t2’ = 46°C, então deta t2’ = 69,9°C. Assim, WhCPh(150–100) = K * (N·PAI·d·L1) * 88,6……(1) e WhCph(150–80) = K * (N·PAI·d·L2) * 69,9……(2). Dividindo (2) por (1), obtemos que L2 = 2,13 m. Em um trocador de calor de tubos de única passagem, uma solução flui de forma turbulenta dentro dos tubos, com vazão de 10.800 kg/h e capacidade térmica média de 4,18 kJ/kg·°C. A solução é aquecida de 15°C para 100°C. O coeficiente de transferência de calor por convecção dentro dos tubos é de 600 W/m²·°C. A água vaporizada a 110°C se condensa no lado externo dos tubos, formando água à mesma temperatura; o coeficiente de transferência de calor por convecção nesse caso é de 12.000 W/m². As especificações dos tubos são Q25*2,5 mm, com 160 tubos no total. O coeficiente de condução térmica dos tubos é de 17 W/m²·°C. Ignorando a sujeira e as perdas térmicas, determine o comprimento total dos tubos quando há 4 camadas de tubos. 4 tubulações; ai = 4^0,8 = 1819 W/m²·C. K0’ = 1156 W/m²·C. ΔTm = 37,8 °C. Q = Wc·Cp·(t2 – t1) = 10800/3600 * 4,18 * (100 – 15) = 1065,9 KW. S0’ = Q/K0’. ΔTm = 1065,9 * 1000 / 1156 / 37,8 = 24,4 m². L’ = S0’ / (π·n·d0) = 24,4 / (160 * 3,14 * 0,025) = 1,94 m. 4) Há um trocador de calor com área de superfície de 15 m²; o vapor saturado circula pelo lado externo do trocador, aquecendo o ar no interior dos tubos. 160°C: o vapor d’água se condensa em água à mesma temperatura. A vazão de ar é de 2,8 kg/s, a temperatura na entrada é de 30°C, a capacidade térmica específica é de 1 KJ/KG·°C, e o coeficiente de transferência de calor por convecção é de 87 W/M²·°C. Determine a temperatura na saída do ar. Vapor >> Ar. Portanto, K~~ar = 87. Q = WcCp(t2-t1) = KS dt. Assim, 2,8*1000(t2-30) = 87*15*(t2-30)/Ln((160-30)/(160-t2)). Conclui-se que t2 = 78,4°C. Em um trocador de calor com área de superfície de troca de calor de 50 m², utiliza-se água fria com temperatura de 20°C e vazão de 33.000 kg/h para resfriar o ácido acético, cuja temperatura de entrada é de 110°C. Os dois fluidos fluem em direções opostas. Após a limpeza do trocador de calor, as temperaturas de saída da água fria e do ácido acético são de 45°C e 40°C, respectivamente. Depois de algum tempo de funcionamento, a vazão e a temperatura de entrada dos fluidos permanecem constantes, mas a temperatura de saída da água fria cai para 38°C. Qual é, nesse caso, a resistência térmica causada pela sujeira? Calor específico da água: 4200 J/KG/K, ignorando as variações das propriedades físicas. W1CP1/W2CP2 = t2 – t1 / (T1 – T2) = 45 – 20 / (110 – 40) = 0,357.
ΔTm = (T1 – T2) – (T2 – T1) / ln(T1 – T2) / (T2 – T1) = 38,2°C.
K = W2CP2 * (t2 – t1) / A.
ΔTm = 33000 / 3600 * 4200 * (45 – 20) / 50 / 38,2 = 504 W/M²·K.
Após a operação, T2’ = T1 – W2CP2 * (t2 – t1) / W1CP1 = 110 – (38 – 20) / 0,357 = 59,6°C.
ΔTm’ = 54,2°C.
K’ = W2CP2 * (t2 – t1) / A.
ΔTm’ = 255,7 W/M²·K.
1/504 = 1/a1 + 1/a2; 1/255,7 = 1/a1 + 1/a2 + R. Subtraindo, obtemos R = 1,93 * 10^-3 M²·K/W.
6) Um trocador de calor de tipo tubular composto por tubos de 57 mm * 3,5 mm e 89 mm * 4,5 mm. Uma solução flui dentro dos tubos, com vazão de 5 t/h. A temperatura da solução é reduzida de 65°C para 35°C. O coeficiente de transferência de calor por convecção é a2 = 1510 W/M²·°C. A água de resfriamento flui em contracorrente entre os tubos, com temperatura de entrada de 25°C e temperatura de saída de 40°C. O coeficiente de transferência de calor por condução da água de resfriamento é a1 = 3270 W/M²·°C. Ignorando as perdas térmicas e a resistência térmica das paredes dos tubos, e sabendo que o calor específico médio da solução é de 2,6 kJ/kg·°C, qual é o comprimento teórico dos tubos do trocador de calor? Q = WhCph(T1 – T2) = 5000/3600 * 2,6 * 1000 * (65 – 35) = 1,083 * 10^5 W. Como t2 > T2, trata-se de um fluxo contrário à direção do calor. deta tm = 16,37 °C; K = 942,71 W/m²·°C. L = Q/K * deta tm = 39,19 m. Se o fluido passar por um tubo circular com diâmetro interno de 50 mm, o coeficiente de transferência de calor por convecção será de 100 W/m²·°C. Nesse caso, Re = 10^5, ou seja, há turbulência no interior do tubo. Se, em vez disso, for utilizado um tubo retangular com perímetro igual ao do tubo circular e proporção entre altura e largura de 1:3, mantendo-se a mesma velocidade do fluido, qual será o novo coeficiente de transferência de calor por convecção? Seja a altura do retângulo igual a a, e a largura igual a b. Temos que a/b = 1/3. Além disso, 2(a+b) = πd. Portanto, a = πd/8 e b = 3πd/8. O valor de de é igual a 2ab/(a+b) = 0,0294 m. Re’ = de·pu/u = 0,0294·pu/u. Já Re = 0,05·pu/u. A relação a’/a é igual a 0,023·lanbuda/(De’)⁰,⁸·Pr⁰,⁴ / 0,023·lanbuda/(Re⁰,⁸)·Pr⁰,⁴ = 0,05/0,0294·(0,0294/0,05)⁰,⁸ = 1,112. Assim, a’ = 1,112·100 = 111,2 W/m². As paredes da lareira são construídas com um material refratário de 120 mm na camada interna e um material de construção de 230 mm na camada externa. Os coeficientes de condução térmica de ambos os materiais são desconhecidos. Foi medida uma temperatura de 800°C na parede interna do forno, e de 113°C na parede externa. Posteriormente, foi aplicado um revestimento de amianto com espessura de 50 mm e coeficiente de condução térmica de 0,2 W/M·K, a fim de reduzir as perdas de calor. Após a embalagem, a temperatura na parede interna do forno é de 800°C; na interface entre o material refratário e os materiais de construção, a temperatura é de 686°C; na interface entre os materiais de construção e o amianto, a temperatura é de 405°C; e do lado externo do amianto, a temperatura é de 77°C. Qual é, então, a porcentagem de redução na perda de calor após a embalagem do amianto? Antes da embalagem: Q/A = (t1-t3) / (s1/lanbuda1 + s2/lanbuda2). Q’/A = (t1-t3’) / (s1/lanbuda1 + s2/lanbuda2). Porcentagem de redução: (Q/A – Q’/A) / Q/A = (t3’-t3) / (t1-t3) = 405-113 / 800-113 = 42,5%. 9). Um tubo de vapor com diâmetro externo de 100 mm possui uma camada isolante com espessura de 50 mm, cujo valor de LANBUDA A é 0,05 W/m²·K. Por fora dessa camada, existe outra camada isolante com espessura de 25 mm, cujo valor de LANBUDA B é 0,075 W/m²·K. As temperaturas nas superfícies interna de A e externa de B são respectivamente 170°C e 38°C. Determine a temperatura na interface entre A e B. A perda de calor por metro de comprimento do tubo é dada por Q/L = 2PAI·(t1 – t3) / (1/Ln(budaA) + 1/Ln(budaB)·Ln(r2/r1)). O valor resultante é 49,3 W/m. Para o caso em que Q25*2,5 MM, o comprimento efetivo do tubo é de 3,0 m. O fluido de resfriamento flui pelo tubo a uma velocidade de 0,7 m/s. A temperatura aumenta de 20°C para 50°C. Vazão: 5000 kg/h; Temperatura: 75°C. O vapor saturado se condensa em água à mesma temperatura. A energia latente de condensação é de 310 kJ/kg. Foi determinado que o coeficiente de transferência de calor pela condensação do vapor é de 800 W/m²·K. O coeficiente de transferência de calor por convecção do fluido de resfriamento é de 2500 W/m²·K. A resistência térmica devida à sujeira no lado do fluido de resfriamento é de 0,00055 m²·K/W. As resistências térmicas devidas à sujeira no lado do vapor e nas paredes dos tubos são desprezíveis. Tente calcular a área de troca de calor desse trocador de calor, e determine o número total de tubos de troca de calor, bem como o número de vias nos tubos. O calor específico do refrigerante é de 2,5 KJ/KG·°C, e sua densidade é de 860 kg/m³. A quantidade de calor liberada pelo vapor é dada por Q = qm·r = 5000/3600·310·1000 = 4,31·10^5 W. A temperatura final é de 38 °C. O valor de K é dado por K = 1/a1 + 1/a2·(d1/d2) + Rs²·(d1/d2), sendo que K = 410 W/m²·°C. A área necessária para o resfriamento é dada por A = Q/K·ΔTm = 27,2 m². A quantidade de refrigerante necessária é dada por qm² = Q/Cp·(t2–t1) = 4,31·10^5 / 2,5·10^3·(50–20) = 5,75 kg/s. O número de tubos necessários para o processo de troca de calor é determinado pela quantidade total de refrigerante e pela quantidade de refrigerante que flui por cada tubo: ni = qm²/0,785·d2. O valor de up2 é igual a 5,75/0,785/0,02·0,02/0,7/860 = 30. A área total de troca de calor é dada por Ai = ni·PAi. O comprimento total dos tubos é dado por L = 30·3,14·0,025·3 = 7,07 m². O número total de tubos é dado por N = A/Ai = 27,2/7,07 = 3,9. Arredondando para número inteiro, N = 4. Portanto, o número total de tubos é 30·4 = 120 tubos.
ΔTm = (T1 – T2) – (T2 – T1) / ln(T1 – T2) / (T2 – T1) = 38,2°C.
K = W2CP2 * (t2 – t1) / A.
ΔTm = 33000 / 3600 * 4200 * (45 – 20) / 50 / 38,2 = 504 W/M²·K.
Após a operação, T2’ = T1 – W2CP2 * (t2 – t1) / W1CP1 = 110 – (38 – 20) / 0,357 = 59,6°C.
ΔTm’ = 54,2°C.
K’ = W2CP2 * (t2 – t1) / A.
ΔTm’ = 255,7 W/M²·K.
1/504 = 1/a1 + 1/a2; 1/255,7 = 1/a1 + 1/a2 + R. Subtraindo, obtemos R = 1,93 * 10^-3 M²·K/W.
6) Um trocador de calor de tipo tubular composto por tubos de 57 mm * 3,5 mm e 89 mm * 4,5 mm. Uma solução flui dentro dos tubos, com vazão de 5 t/h. A temperatura da solução é reduzida de 65°C para 35°C. O coeficiente de transferência de calor por convecção é a2 = 1510 W/M²·°C. A água de resfriamento flui em contracorrente entre os tubos, com temperatura de entrada de 25°C e temperatura de saída de 40°C. O coeficiente de transferência de calor por condução da água de resfriamento é a1 = 3270 W/M²·°C. Ignorando as perdas térmicas e a resistência térmica das paredes dos tubos, e sabendo que o calor específico médio da solução é de 2,6 kJ/kg·°C, qual é o comprimento teórico dos tubos do trocador de calor? Q = WhCph(T1 – T2) = 5000/3600 * 2,6 * 1000 * (65 – 35) = 1,083 * 10^5 W. Como t2 > T2, trata-se de um fluxo contrário à direção do calor. deta tm = 16,37 °C; K = 942,71 W/m²·°C. L = Q/K * deta tm = 39,19 m. Se o fluido passar por um tubo circular com diâmetro interno de 50 mm, o coeficiente de transferência de calor por convecção será de 100 W/m²·°C. Nesse caso, Re = 10^5, ou seja, há turbulência no interior do tubo. Se, em vez disso, for utilizado um tubo retangular com perímetro igual ao do tubo circular e proporção entre altura e largura de 1:3, mantendo-se a mesma velocidade do fluido, qual será o novo coeficiente de transferência de calor por convecção? Seja a altura do retângulo igual a a, e a largura igual a b. Temos que a/b = 1/3. Além disso, 2(a+b) = πd. Portanto, a = πd/8 e b = 3πd/8. O valor de de é igual a 2ab/(a+b) = 0,0294 m. Re’ = de·pu/u = 0,0294·pu/u. Já Re = 0,05·pu/u. A relação a’/a é igual a 0,023·lanbuda/(De’)⁰,⁸·Pr⁰,⁴ / 0,023·lanbuda/(Re⁰,⁸)·Pr⁰,⁴ = 0,05/0,0294·(0,0294/0,05)⁰,⁸ = 1,112. Assim, a’ = 1,112·100 = 111,2 W/m². As paredes da lareira são construídas com um material refratário de 120 mm na camada interna e um material de construção de 230 mm na camada externa. Os coeficientes de condução térmica de ambos os materiais são desconhecidos. Foi medida uma temperatura de 800°C na parede interna do forno, e de 113°C na parede externa. Posteriormente, foi aplicado um revestimento de amianto com espessura de 50 mm e coeficiente de condução térmica de 0,2 W/M·K, a fim de reduzir as perdas de calor. Após a embalagem, a temperatura na parede interna do forno é de 800°C; na interface entre o material refratário e os materiais de construção, a temperatura é de 686°C; na interface entre os materiais de construção e o amianto, a temperatura é de 405°C; e do lado externo do amianto, a temperatura é de 77°C. Qual é, então, a porcentagem de redução na perda de calor após a embalagem do amianto? Antes da embalagem: Q/A = (t1-t3) / (s1/lanbuda1 + s2/lanbuda2). Q’/A = (t1-t3’) / (s1/lanbuda1 + s2/lanbuda2). Porcentagem de redução: (Q/A – Q’/A) / Q/A = (t3’-t3) / (t1-t3) = 405-113 / 800-113 = 42,5%. 9). Um tubo de vapor com diâmetro externo de 100 mm possui uma camada isolante com espessura de 50 mm, cujo valor de LANBUDA A é 0,05 W/m²·K. Por fora dessa camada, existe outra camada isolante com espessura de 25 mm, cujo valor de LANBUDA B é 0,075 W/m²·K. As temperaturas nas superfícies interna de A e externa de B são respectivamente 170°C e 38°C. Determine a temperatura na interface entre A e B. A perda de calor por metro de comprimento do tubo é dada por Q/L = 2PAI·(t1 – t3) / (1/Ln(budaA) + 1/Ln(budaB)·Ln(r2/r1)). O valor resultante é 49,3 W/m. Para o caso em que Q25*2,5 MM, o comprimento efetivo do tubo é de 3,0 m. O fluido de resfriamento flui pelo tubo a uma velocidade de 0,7 m/s. A temperatura aumenta de 20°C para 50°C. Vazão: 5000 kg/h; Temperatura: 75°C. O vapor saturado se condensa em água à mesma temperatura. A energia latente de condensação é de 310 kJ/kg. Foi determinado que o coeficiente de transferência de calor pela condensação do vapor é de 800 W/m²·K. O coeficiente de transferência de calor por convecção do fluido de resfriamento é de 2500 W/m²·K. A resistência térmica devida à sujeira no lado do fluido de resfriamento é de 0,00055 m²·K/W. As resistências térmicas devidas à sujeira no lado do vapor e nas paredes dos tubos são desprezíveis. Tente calcular a área de troca de calor desse trocador de calor, e determine o número total de tubos de troca de calor, bem como o número de vias nos tubos. O calor específico do refrigerante é de 2,5 KJ/KG·°C, e sua densidade é de 860 kg/m³. A quantidade de calor liberada pelo vapor é dada por Q = qm·r = 5000/3600·310·1000 = 4,31·10^5 W. A temperatura final é de 38 °C. O valor de K é dado por K = 1/a1 + 1/a2·(d1/d2) + Rs²·(d1/d2), sendo que K = 410 W/m²·°C. A área necessária para o resfriamento é dada por A = Q/K·ΔTm = 27,2 m². A quantidade de refrigerante necessária é dada por qm² = Q/Cp·(t2–t1) = 4,31·10^5 / 2,5·10^3·(50–20) = 5,75 kg/s. O número de tubos necessários para o processo de troca de calor é determinado pela quantidade total de refrigerante e pela quantidade de refrigerante que flui por cada tubo: ni = qm²/0,785·d2. O valor de up2 é igual a 5,75/0,785/0,02·0,02/0,7/860 = 30. A área total de troca de calor é dada por Ai = ni·PAi. O comprimento total dos tubos é dado por L = 30·3,14·0,025·3 = 7,07 m². O número total de tubos é dado por N = A/Ai = 27,2/7,07 = 3,9. Arredondando para número inteiro, N = 4. Portanto, o número total de tubos é 30·4 = 120 tubos.
Espero que o autor continue compartilhando, estarei sempre de olho :)