Problema 4:
Pretende-se instalar um feixe de tubos com passagem de vapor saturado para manter aquecida uma certa massa de etileno glicol no interior de um tanque sem agitação. feixe é formado por 100 tubos de aço inoxidável com de in de diâmetro externo, de comprimento e de espessura. coeficiente de convecção devido à condensação no interior dos tubos pode ser preliminarmente estimado como . Determinar a taxa de transferência de calor que o feixe pode transmitir ao interior do tanque se este estiver a uma temperatura de . Dados: Coeficiente de expansão térmica volumétrico do etilenoglicol:

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que o problema está pedindo. Temos um feixe de tubos que transporta vapor saturado a 177°C para aquecer etileno glicol dentro de um tanque a 50°C. Precisamos calcular a taxa de transferência de calor que esse feixe pode proporcionar. Para isso, vamos usar conceitos de transferência de calor por convecção e área superficial dos tubos.

Passo 2

Vamos começar calculando a área total dos tubos através da qual o calor será transferido. Sabemos que a área de um cilindro é dada pela fórmula:
Onde:
  • é o diâmetro externo do tubo.
  • é o comprimento do tubo.
Primeiro, precisamos converter o diâmetro de polegadas para metros. O diâmetro é de polegada.
Então, a área de um tubo é:

Passo 3

Agora, como temos 100 tubos, a área total será:

Passo 4

Em seguida, vamos calcular a diferença de temperatura entre o vapor e o etileno glicol:

Passo 5

Agora, usamos a equação da transferência de calor por convecção:
Onde:
  • é a taxa de transferência de calor.
  • é o coeficiente de transferência de calor por convecção.
  • é a área total.
  • é a diferença de temperatura.
Substituindo os valores:

Passo 6

Vamos calcular:

Resposta

A taxa de transferência de calor que o feixe pode transmitir ao interior do tanque é de aproximadamente .

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REPÚBLICA FEDERATIVA DO BRASIL
MINISTÊRIO DA EDUCAÇÂO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
EMITIDO EM 03/05/2016
SISTEMA
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