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:
Pretende-se instalar um feixe de tubos com passagem de vapor saturado
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
.