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Permutador de Calor

Por:   •  6/1/2021  •  Trabalho acadêmico  •  5.561 Palavras (23 Páginas)  •  7 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]

  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]

  1. 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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