Ciclo Rankine

UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASIL

sistemas térmicos e cogeração trabalho 1

Canoas - RS
2014/1
1. Uma tubulação de vapor de água de aço carbono apresenta as seguintes características: Comprimento 250 m, diâmetro interno 2 in e entrada de vapor saturado a 20 bar, com velocidade igual a 16 m.s-1. Determine:
a. A espessura de parede para que o coeficiente de segurança seja 3.
b. A espessura do isolante (especificar o material) para a mínima perda térmica.
c. A perda de pressão ao longo da tubulação.

Solução:

a)
Dados:
O tubo selecionado foi o API 5L Gr. A, suporta temperatura máxima de vapor admissível de 380°C.
Limite de escoamento do material do tubo dos 38 a 343°C = 70,3 Mpa

Solução:
Como a temperatura do vapor saturado a 2 Mpa é 212,42°C, calculamos a tensão admissível.

A espessura do tubo é dada pela seguinte equação:

b) Para o isolamento da tubulação escolhemos o silicato de cálcio, exemplificado na figura 1. Ele é comercialmente vendido de acordo com o diâmetro da tubulação, este isolante é utilizado para temperaturas de até 800°C.

Para o equacionamento do problema foi considerado a temperatura ambiente a 20°C. Devido a espessura da tubulação ser pequena e a condutividade térmica do aço alta , foi considerado T1 = T2 para fins de cálculo.

Dados:

(Retirado do site do fabricante www.isar.com.br)

Na região de 2-3, silicato e cálcio, o calor é transmitido através de condução térmica:

Na região de 3-4, ar ambiente, ocorre a transferência de calor por convecção:

Inicialmente selecionamos a espessura comercialmente oferecida pelo fabricante ISAR de 1in (25,4 mm), aplicando esta espessura verificaremos a temperatura na face externa do isolamento, a fim de concluir se a espessura está adequada à exigência da questão proposta, portanto:

Então:

Portanto