Precisamos de um material para fabricar um trocador de calor para extrair calor de água salina aquecida geotermicamente a 120^circ C (e portanto sob pressão). Faça uma lista de função e restrições; estabeleça

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Precisamos escolher um material para fabricar um trocador de calor que vai extrair calor de água salina geotermicamente aquecida a 120^circ C, que também está sob pressão. Isso envolve conceitos de transferência de calor e seleção de materiais na engenharia térmica. Para resolver isso, vamos listar as funções que o material precisa desempenhar e as restrições que ele deve respeitar.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as funções do material no trocador de calor. Basicamente, o material precisa:
  1. Transferir Calor Eficientemente: O material deve permitir uma boa condução térmica para que o calor seja transferido de forma eficiente da água salina para o meio de transferência.
  2. Resistir à Corrosão: Como a água é salina, há alto risco de corrosão. Então, o material precisa ser resistente à corrosão para garantir durabilidade.
  3. Suportar a Pressão: A água está sob pressão, então o material deve ter resistência mecânica adequada para suportar essa pressão sem deformar ou falhar.
  4. Resistir à Temperatura: Com a água a 120^circ C, o material deve manter suas propriedades físicas e mecânicas nessa temperatura.
  5. Facilidade de Fabricação: O material escolhido deve ser fácil de moldar e fabricar na forma necessária para o trocador de calor.

Passo 3

Agora, vamos pensar nas restrições que o material deve atender:
  1. Custo: O material deve ser economicamente viável para a fabricação em escala necessária.
  2. Disponibilidade: Deve ser facilmente disponível no mercado para evitar atrasos na produção.
  3. Compatibilidade Química: Além de resistir à corrosão, o material não deve reagir de forma adversa com a água salina ou quaisquer outros componentes no sistema.
  4. Peso: Dependendo da aplicação, o peso do material pode ser uma consideração importante, especialmente se o trocador for parte de uma estrutura maior.
  5. Normas de Segurança: O material deve cumprir todas as regulamentações e normas de segurança aplicáveis para equipamentos que operam sob pressão e alta temperatura.

Passo 4

Com base nas funções e restrições listadas, podemos começar a pensar em materiais que atendam a esses critérios. Metais como aço inoxidável, titânio e ligas de níquel costumam ser boas opções para aplicações que envolvem alta temperatura e corrosão. Por exemplo:
  • Aço Inoxidável: Bom para resistência à corrosão e relativamente econômico.
  • Titânio: Excelente resistência à corrosão, mas pode ser mais caro.
  • Ligas de Níquel: Muito resistentes à corrosão e altas temperaturas, porém geralmente com custo elevado.

Passo 5

Além disso, devemos considerar a condutividade térmica de cada material, já que isso afeta a eficiência do trocador de calor. Materiais com alta condutividade térmica, como cobre, são ótimos para transferência de calor, mas podem não ser tão resistentes à corrosão em ambientes salinos.

Passo 6

Finalmente, devemos equilibrar todas essas considerações para escolher o melhor material que atenda às funções necessárias sem violar as restrições impostas. Isso pode envolver trade-offs, como escolher um material ligeiramente mais caro que oferece melhor resistência à corrosão para prolongar a vida útil do trocador de calor.

Resposta

Após analisar as funções e restrições, o material ideal para o trocador de calor deve:
  • Transferir Calor Eficientemente: Alta condutividade térmica.
  • Resistir à Corrosão: Excelente resistência a ambientes salinos.
  • Suportar a Pressão e Temperatura: Boa resistência mecânica sob 120^circ C e pressão.
  • Ser Viável Econômica e Logísticamente: Custo acessível e facilmente disponível.
  • Cumprir Normas de Segurança: Atender todas as regulamentações aplicáveis.
Considerando esses pontos, materiais como aço inoxidável ou titânio podem ser boas opções, com o aço inoxidável sendo mais econômico e o titânio oferecendo maior resistência à corrosão.

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