Questão 2707084

• Banca: FCC
• Órgão: SABESP
• Ano: 2018
• Provas: FCC - 2018 - SABESP - Engenheiro 01 - Mecânica
• Disciplina: Mecânica
• Assuntos: Tratamento Térmico

Você deve especificar a área de troca térmica de um trocador à placas. Sabe-se que irá trabalhar com vapor à 420 °C o qual deverá ser resfriado até 120 °C. A pressão de trabalho do vapor é 6000 kPa. A vazão do vapor é de 25 kg/s e o calor específico médio é 2000 J/kg K e o coeficiente de película do vapor é 2000 W/m²K. Utilizar-se-á água como meio refrigerante com uma temperatura de entrada de 20 °C e 70 °C de saída. Considerar o calor específico da água 4000 J/kg K. Nestas circunstâncias, é correto afirmar que

• A. a área de troca térmica requerida é de 25 m² e a vazão de água fria é 75 kg/s.
• B. a área de troca térmica requerida é de 50 m² e a vazão de água fria é 150 kg/s.
• C. não se deve empregar o trocador à placas devido à elevada pressão e temperatura de entrada do fluído quente.
• D. a vazão de água fria é 150 kg/s dia, mas não se deve utilizar o trocador a placas devido à pressão de trabalho do fluído quente.
• E. a vazão de água fria é 150 kg/s dia, mas não se deve utilizar o trocador a placas devido à faixa de temperaturas do fluído quente.

Gabarito: C

Comentários

• Resolvi com a ajuda do Pedro Paulo.

  Calculando a vazão mássica, temos:

  q vapor = q agua

  m*c*ΔT = m*c*ΔT

  25 * 2000 * (420-120) = m * 4000 * (70-20)

  m |água = 75 Kg/s

  Nisso já eliminamos as alternativas B,D,E!

  Agora começa a parte mais interessante, teríamos que calcular o ΔTML (pode ser usado em qualquer trocador de calor e qualquer tipo de escoamento).

  ΔTML = (ΔTe - ΔTs) / ln (ΔTe/ΔTs)

  ΔTML = [(420-20) - (120-70)] / ln ((420-20) / (120-70) )

  ΔTML = 168,34 K

  Agora para calcular a área tem que utilizar a formula de coeficiente global

  Q = U*A*ΔTML

  Q= m* c* ΔT = 25 * 2000 * (420-120) = 15*10^6 W

  A= ???

  ΔTML = 168,34 K

  U = Esse também é outro detalhe que necessitou de visão mais critica para resolver, porque o calculo do coeficiente global é o seguinte:

  [1/ U*D ] = [1/ h1*D1 ] + [1/ h2*D2 ] + Rd

  D=D1=D2 (cancela tudo)

  h2 desconsidere não foi dado

  h1= coeficiente de película do vapor é 2000 W/m2K

  Rd = fator de deposição e deve ser desprezado neste caso.

  Analisando, temos:

  [1/ U ] = [1/ h1 ]

  U= h1= 2000 W/m2K

  Voltando a fórmula de coeficiente global

  Q = U*A*ΔTML

  15*10^6 = 2000 *A * 168,39

  A = 44,5 m²

  Com isso eliminamos a alternativa A, restando apenas a alternativa C.

  LETRA C