MAPA – Fenômenos de Transporte – 52/2025

MAPA – FENÔMENOS DE TRANSPORTE – 52/2025

Um dos maiores desafios da engenharia é atender às necessidades mundiais de geração de potência. Os dispositivos ou sistemas utilizados para produzir potência são geralmente chamados de motores, e os ciclos termodinâmicos nos quais eles operam são chamados de ciclos de potência (Cengel; Boles, 2013).
De maneira geral, a planta de potência a vapor é uma máquina térmica em que o fluido de trabalho escoa em regime permanente, sucessivamente por meio de uma bomba, de um evaporador (caldeira), de uma turbina e de um condensador, em um processo cíclico (Smith, 2011). Esses equipamentos são identificados na figura a seguir.

Figura 1 − Dispositivos do ciclo de potência.

Fonte: adaptado de: Cengel; Boles (2013).

Se há escoamento de um fluido e troca térmica em equipamentos como caldeira e condensador, os conceitos de fenômenos de transporte são essenciais para o estudo desses equipamentos.
Imagine que você foi escolhido para fazer um estudo mais detalhado sobre o condensador de uma máquina térmica. Para isso, alguns dados são importantes:

A tubulação é feita de aço carbono cujo diâmetro é de 5,08 cm.
Na temperatura do condensador, o fluido de trabalho possui massa específica de aproximadamente 1 g/mL e viscosidade absoluta de 0,6531 cP.
Temperatura do fluido de trabalho na entrada do condensador: 95 °C.
Temperatura da água na entrada do condensador: 20 °C.
Temperatura do fluido de trabalho na saída do condensador: 55 °C.
Temperatura da água na saída do condensador: 35 °C.
O coeficiente global de transferência de calor é de 100 W/(m².K).
Escoamento contracorrente.

Diante do exposto, faça o que se pede a seguir:

a) O fluido de trabalho passa pelo condensador a uma velocidade média de 5 m/s. Determine a vazão mássica do fluido no condensador.
b) Determine se o fluido em escoamento se encontra em regime laminar ou turbulento. Justifique.
c) Sendo o fator de atrito aproximadamente 0,019, determine a perda de carga do escoamento por metro de tubulação. Adote g = 9,8 m/s².
d) Determine a área de troca térmica do condensador sabendo que ele é um trocador de calor projetado para retirar calor do fluido a uma taxa de 75 kJ por kg de fluido de trabalho utilizado no sistema.

Fonte: CENGEL, Y. A.; BOLES, M. A. Termodinâmica. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2013.

SMITH, J. M. Introdução à Termodinâmica da Engenharia Química. 7. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2011.