Questão 7| TRANSFERENCIA DE CALOR Um trocador de calor (condensador) usando vapor da exaustão de uma turbina na pressão de 10 cm Hg (13,2 kPa) será...

Para calcular o comprimento necessário do tubo para serviços de longo prazo, é necessário utilizar a equação da taxa de transferência de calor: Q = U x A x ΔTm Onde: Q = taxa de transferência de calor (kW) U = coeficiente global de transferência de calor (kW/m²K) A = área de transferência de calor (m²) ΔTm = diferença média de temperatura (K) Para calcular a área de transferência de calor, é necessário utilizar a equação: A = (π x N x D x L) / 4 Onde: N = número de tubos D = diâmetro interno do tubo (m) L = comprimento do tubo (m) Substituindo os valores fornecidos na equação, temos: A = (π x 60 x 0,0249 x L) / 4 A = 0,116 m²L A diferença média de temperatura pode ser calculada por: ΔTm = (44 - 16) / ln(44/16) ΔTm = 26,6 K O coeficiente global de transferência de calor pode ser calculado por: 1/U = (1/3,4) + (0,00009 x 2,49) / 100 + (1/100) 1/U = 0,294 U = 3,4 W/m²K Substituindo os valores na equação da taxa de transferência de calor, temos: Q = 3,4 x 0,116 x 26,6 Q = 10,1 kW A taxa de transferência de calor é igual à taxa de condensação do vapor, que pode ser calculada por: m = Q / hfg Onde: m = taxa de condensação do vapor (kg/s) hfg = entalpia de vaporização (kJ/kg) A entalpia de vaporização pode ser encontrada em tabelas termodinâmicas para o vapor a 10 cm Hg. Supondo que seja igual a 2000 kJ/kg, temos: m = 10,1 / 2000 m = 0,00505 kg/s A velocidade do fluido dentro do tubo pode ser calculada por: v = m / (ρ x A) Onde: ρ = densidade da água do mar (kg/m³) Substituindo os valores, temos: v = 0,00505 / (1025 x 0,0249² x π / 4) v = 1,8 m/s A queda de pressão no tubo pode ser calculada por: ΔP = f x (L / D) x (ρ x v²) / 2 Onde: f = fator de atrito L / D = comprimento do tubo dividido pelo diâmetro interno do tubo O fator de atrito pode ser encontrado em gráficos ou calculado por equações empíricas. Supondo que seja igual a 0,01, temos: ΔP = 0,01 x (L / 0,0249) x (1025 x 1,8²) / 2 ΔP = 0,9 kPa O comprimento necessário do tubo pode ser encontrado por: L = ΔP x (π x N x D⁴) / (128 x μ x Q) Onde: μ = viscosidade dinâmica da água do mar (Pa.s) Substituindo os valores, temos: L = 0,9 x (π x 60 x 0,0249⁴) / (128 x 0,00114 x 10,1) L = 6,7 m Portanto, o comprimento necessário do tubo para serviços de longo prazo é de aproximadamente 6,7 metros.