Permutador de Calor
Por: Ivan Pires • 6/1/2021 • Trabalho acadêmico • 5.561 Palavras (23 Páginas) • 163 Visualizações
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Sumário
Este trabalho experimental teve como objetivo estudar o processo de transferência de calor num permutador de calor de duplo tubo. Para este estudo, avaliou-se a influência da temperatura do banho (40°C e 50°C), bem como a variação dos caudais mássicos do fluído quente e do fluído frio (0,1107 a 0,5157 Kg/s), no coeficiente global de transferência de calor, em que numa primeira fase se fixou o caudal do fluído frio, variando-se o caudal do fluído quente, e numa segunda fase o inverso.
Realizado o estudo, percebeu-se que o coeficiente global de transferência de calor aumenta à medida que aumenta o caudal mássico do fluído em questão, assim como com o aumento da temperatura do banho. Os coeficientes globais de transferência de calor obtidos, para a temperatura de banho de 40 °C, em que se fixou o caudal do fluido frio, encontram-se compreendidos entre [392,69; 945,61] (W/m2 K), fixando o mesmo caudal para a temperatura de 50 °C, os valores obtidos foram [441,37; 749,35] (W/m2 K). Fixando o caudal do fluido quente, obtiveram-se os intervalos [494,75; 1087,26] e [381,88; 923,22] (W/m2 K), a uma temperatura de banho de 40 e 50 °C.
Verificou-se também que os valores experimentais obtidos foram superiores aos respetivos valores empíricos.
Índice[a]
Sumário 1
Introdução Teórica 5
1. Calor 5
1.1. Transferência de calor por condução 6
1.2. Transferência de calor por convecção 7
1.3. Transferência de calor por radiação 8
2. Permutadores de calor 8
Descrição Experimental 13
∙ Instalação experimental 13
∙ Descrição experimental 14
Discussão de Resultados 16
Conclusão 21
Bibliografia 21
Anexos 22
Introdução Teórica
1. Calor
O calor é energia térmica em transferência, estando esta associada à translação, rotação, vibração e aos estados eletrónicos dos átomos e moléculas que constituem a matéria. [1]
A transferência de calor ocorre devido a uma diferença de temperaturas, dirigindo-se sempre da zona da de temperatura mais elevada para a zona de temperatura mais baixa. Deste modo, ocorrerá transferência de calor até que se verifique um equilíbrio térmico. [2]
O calor está associado a muitas situações do nosso quotidiano, bem como a muitos processos industriais, nos quais se destacam os sistemas de ar condicionado, frigoríficos e congeladores, coletores solares, isolamentos térmicos e permutadores de calor. Neste trabalho iremos estudar o efeito da transferência de calor nos permutadores de calor. [2]
O calor que se transfere por unidade de tempo, ou taxa de transferência de calor, ou potência térmica, representa-se por , sendo as suas unidades Joule por segundo ou Watt . [2][pic 5][pic 6][pic 7]
A transferência de calor ocorre em três formas distintas: a condução, a convecção e a radiação. A condução ocorre quando o meio em que se transfere, sólido ou fluído, se encontram estáticos. A convecção está relacionada com a transferência entre uma superfície e um fluído que se encontram em movimento. A transferência de calor por radiação ocorre devido a ondas eletromagnéticas que se propagam entre dois pontos que se encontram a temperaturas distintas. [2]
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Figura 1: Mecanismos de Transferência de Calor. [1]
Transferência de calor por condução
A condução é um mecanismo de transferência de calor que para ocorrer necessita de um meio material e de diferenças de temperatura no mesmo. [1]
É um processo de nível molecular de transferência e calor e ocorre das partículas de energia interna mais elevadas para aquelas que a sua energia interna é mais baixa. Esta transferência ocorre, pois existem colisões entre as partículas, trocando energia entre si. [2]
Quando o meio de transferência é um gás, como as partículas estão em movimento constante, vão colidir inúmeras vezes entre si, havendo, assim, trocas de energia. A energia cinética de uma molécula está relacionada com a sua vibração e com os seus movimentos de translação e de rotação, que dependem da temperatura. Deste modo, a partícula ao se movimentar da zona de temperatura mais elevada para a zona de temperatura mais baixa, transporta essa energia que irá perder ao colidir com as partículas que se encontram a uma temperatura mais baixa, estabelecendo o equilíbrio térmico. [2]
Quando o meio de transferência é um líquido, o processo e idêntico ao dos gases, contudo o espaçamento entre as moléculas é inferior ao dos gases e as forças intermoleculares são maiores. [2]
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Figura 2: Transferência de Calor por Condução. [3]
Segundo a Lei de Fourier, a transferência de calor por condução é determinada por:
(Equação 1)[pic 10]
Onde:
– Potência calorífica por condução ()[pic 11][pic 12]
– Condutividade térmica ()[pic 13][pic 14]
– Área de transferência de calor ()[pic 15][pic 16]
– Espessura da parede ()[pic 17][pic 18]
– Temperatura ()[pic 19][pic 20]
Na Equação 1, existe um sinal negativo devido ao facto de o calor ser transferido no sentido em que há diminuição da temperatura. A área de transferência de calor é sempre perpendicular à direção em que o calor é transferido. [2]
Transferência de calor por convecção
A transferência de calor por convecção é devida ao movimento aleatório das moléculas e do movimento do fluído, sempre de zonas de temperatura mais elevada para zonas de temperatura mais baixa. Este mecanismo necessita de uma superfície sólida e de um fluído que se encontrem a temperaturas distintas para ocorrer. [2]
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