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Numa instalação industrial, um fluido térmico líquido escoa numa tubulação. Visando aquecer um fluido do processo, surge a necessidade de alimentar...

Numa instalação industrial, um fluido térmico líquido escoa numa tubulação. Visando aquecer um fluido do processo, surge a necessidade de alimentar, com o fluido térmico, um trocador de calor. No entanto, o trocador de calor está num ponto elevado da planta industrial, cerca de 17 m de altura em relação à tubulação onde escoa o fluido térmico – conforme mostra a figura a seguir. Diante da elevada altura do trocador em relação à tubulação onde escoa o fluido térmico, surge um impasse com relação à instalação ou não de uma bomba para elevar o fluido térmico até o trocador. Alguns dizem que a pressão na tubulação é suficiente para que fluido térmico alcance o trocador, enquanto outros dizem que será necessário a instalação de uma bomba. Instalando um manômetro na tubulação onde escoa o fluido, verificou-se que a pressão do fluido térmico é de 1,6 kgf/cm2. A temperatura de escoamento do fluido térmico é de 288ºC. No manual de especificação técnica do produto é fornecido uma tabela que se encontra em anexo (por se tratar de um produto importado os dados fornecidos estão em inglês). Com base nos dados fornecidos, justifique, elaborando um parecer técnico, sobre a necessidade ou não da instalação de uma bomba para elevar o fluido até o trocador de calor.

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Para determinar se é necessária a instalação de uma bomba para elevar o fluido térmico até o trocador de calor, é necessário calcular a perda de carga na tubulação e compará-la com a pressão disponível. A perda de carga pode ser calculada usando a equação de Darcy-Weisbach: ΔP = f * (L/D) * (V²/2g) Onde: ΔP = perda de carga (kgf/cm²) f = fator de atrito L = comprimento da tubulação (m) D = diâmetro interno da tubulação (cm) V = velocidade do fluido (m/s) g = aceleração da gravidade (9,81 m/s²) O fator de atrito pode ser determinado usando a equação de Colebrook-White: 1/√f = -2log((ε/D)/3,7 + 2,51/(Re√f)) Onde: ε = rugosidade absoluta da tubulação (cm) Re = número de Reynolds (ρVD/μ) ρ = densidade do fluido (kg/m³) μ = viscosidade dinâmica do fluido (kg/m.s) Com base nos dados fornecidos, podemos determinar que o diâmetro interno da tubulação é de 6 polegadas (15,24 cm) e a rugosidade absoluta é de 0,0002 cm. A densidade do fluido térmico não foi fornecida, mas podemos assumir que é de aproximadamente 800 kg/m³. A viscosidade dinâmica do fluido térmico a 288ºC é de 0,035 kg/m.s. Assumindo uma velocidade do fluido de 2 m/s, podemos calcular o número de Reynolds: Re = (800 * 2 * 15,24) / 0,035 = 2194285 Usando a equação de Colebrook-White, podemos determinar que o fator de atrito é de aproximadamente 0,015. A perda de carga na tubulação pode ser calculada como: ΔP = 0,015 * (17/15,24) * (2²/2*9,81) = 0,05 kgf/cm² Como a pressão disponível é de 1,6 kgf/cm², concluímos que a pressão é suficiente para elevar o fluido térmico até o trocador de calor sem a necessidade de uma bomba. Portanto, com base nos cálculos realizados, não é necessária a instalação de uma bomba para elevar o fluido térmico até o trocador de calor.
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