1. Introdução:
1. Introdução:
Entre os diversos tipos de trocador de calor freqüentemente utilizados o mais simples é o Entre os diversos tipos de trocador de calor freqüentemente utilizados o mais simples é o de casca e tubo (Shell and tube).
de casca e tubo (Shell and tube).
Nele um dos fluidos escoa no tubo interno, e o outro entre o tubo interno e a casca. Nele um dos fluidos escoa no tubo interno, e o outro entre o tubo interno e a casca.
No caso dos fluidos entrarem em contato somente uma vez, ao longo do trocador o arranjo é No caso dos fluidos entrarem em contato somente uma vez, ao longo do trocador o arranjo é
denominado de passe simples, em caso contrário é denominado de passo múltiplo denominado de passe simples, em caso contrário é denominado de passo múltiplo
Se os fluidos deslocam-se em sentido oposto, é chamado de correntes opostas ou contra Se os fluidos deslocam-se em sentido oposto, é chamado de correntes opostas ou contra correntes.
correntes.
Se os fluidos deslocam-se nos mesmos sentidos, é chamado de correntes paralelas. Se os fluidos deslocam-se nos mesmos sentidos, é chamado de correntes paralelas.
O condensador do laboratório consiste de dois trocadores de calor, o conjunto possui dois O condensador do laboratório consiste de dois trocadores de calor, o conjunto possui dois tubos concêntricos, onde no tubo interno passa vapor, e o externo passa água para realizar o tubos concêntricos, onde no tubo interno passa vapor, e o externo passa água para realizar o resfriamento necessário a condensação do vapor.
resfriamento necessário a condensação do vapor.
Nesta aplicação o trocador de calor pode ser denominado de condensador. Nesta aplicação o trocador de calor pode ser denominado de condensador.
2. Objetivo do Experimento:
2. Objetivo do Experimento:
Determinar o coeficiente global de Transmissão de Calor(“U”) Determinar o coeficiente global de Transmissão de Calor(“U”)
3.Base teóricas:
3.Base teóricas:
Trocador de calor é o dispositivo que permite a troca de energia térmica entre fluxos de Trocador de calor é o dispositivo que permite a troca de energia térmica entre fluxos de flu
fluidoidos s com com difdiferenerentes tes temtemperperatuaturas. ras. Em Em virvirtudtude e das das muimuitas tas aplaplicaicaçõeções s impimportortantantes, es, aa pesquisa e o desenvolvimento dos trocadores de calor têm uma longa história, mas ainda pesquisa e o desenvolvimento dos trocadores de calor têm uma longa história, mas ainda hoje se busca aperfeiçoar o projeto e o desempenho de trocadores, baseada na crescente hoje se busca aperfeiçoar o projeto e o desempenho de trocadores, baseada na crescente preocupação pela conservação de energia.
preocupação pela conservação de energia. Os
Os prproboblelemamas s de de um um trtrococadador or de de cacalolor r papara ra umuma a fifinanalilidadade de esespepecícífifica ca popodedem m seser r classificados em dois grupos:
classificados em dois grupos: problema de projeto problema de projeto ee problema de desempenho problema de desempenho. A solução de. A solução de um problema é facilitada pela adoção do método mais adequado a ele.
um problema é facilitada pela adoção do método mais adequado a ele.
O problema de projeto é o da escolha do tipo apropriado de trocador de calor e o da O problema de projeto é o da escolha do tipo apropriado de trocador de calor e o da de
detetermrmininaçação ão dadas s susuas as didimemensnsõeões, s, isisto to é, é, da da árárea ea susupeperfirficicial al de de tratransnsfeferênrêncicia a de de cacalolor r necessária para se atingir a temperatura de saída desejada. A adoção do método da diferença necessária para se atingir a temperatura de saída desejada. A adoção do método da diferença de temperatura média logarítmica (DTML) é facilitada pelo conhecimento das temperaturas de temperatura média logarítmica (DTML) é facilitada pelo conhecimento das temperaturas de entrada e saída dos fluidos quentes e frios, pois então a DTML pode ser calculada sem de entrada e saída dos fluidos quentes e frios, pois então a DTML pode ser calculada sem dificuldade.
dificuldade.
Outro problema é aquele no qual se conhecem o tipo e as dimensões do trocador e se quer Outro problema é aquele no qual se conhecem o tipo e as dimensões do trocador e se quer determinar a taxa de transferência de calor e as temperaturas de saída quando forem dadas as determinar a taxa de transferência de calor e as temperaturas de saída quando forem dadas as vazões dos fluidos e as temperaturas na entrada. Embora o método da
vazões dos fluidos e as temperaturas na entrada. Embora o método da
DTML possa ser usado neste cálculo de desempenho do trocador de calor, o procedimento DTML possa ser usado neste cálculo de desempenho do trocador de calor, o procedimento seria tedioso e exigiria iteração. Isto pode ser evitado com a aplicação do método NUT.
seria tedioso e exigiria iteração. Isto pode ser evitado com a aplicação do método NUT.
4.Experimento:
4.Experimento:
Lista de Materiais e Equipamentos Utilizados Qtde. Descrição
01 Trocador de calor (Shell and Tube) 02 Tubos de 500 mm
DADOS DO EQUIPAMENTO
Quantidade de tubos = n
2
Comprimento do tubo
500 mm
Diâmetro interno do tubo de vapor
9,52 mm
Diâmetro externo do tubo de vapor12,7 mm
Massa específica da água = ρ H2O1000 kg/m
35.Resultados Obtidos:
TABELA DE GRANDEZAS MEDIDAS
1 – Variação de Temperatura média Logarítmica:
p/ correntes paralelas co-corrente
) ( ) ( ln ) ( ) ( ln . 4 2 3 1 4 2 3 1 T T T T T T T T Tm − − − − − = ∆ C Tm 42,86º ) 25 54 ( ) 25 118 ( ln ) 47 62 ( ) 25 118 ( ln . = − − − − − = ∆
p/ correntes opostas
) ( ) ( ln ) ( ) ( ln . 3 2 4 1 3 2 4 1 T T T T T T T T Tm − − − − − = ∆ C Tm 41,18º ) 25 54 ( ) 63 120 ( ln ) 25 54 ( ) 63 120 ( ln . = − − − − − = ∆2 – Diâmetro médio Logarítmico do Tubo de Vapor:
) ( ) ( ln ) ( ln . int Int ext ext D D D D Dm = − m Dm 0,011 ) 00952 , 0 ( ) 0127 , 0 ( ln ) 00952 , 0 0127 , 0 ( ln . = − =
Co-corrente
Oposta
Temperatura de vapor na Entrada T1
ºC
118 120Temperatura de vapor na Saída T2
ºC
62 54Temperatura da água de Resfriamento Entrada T3
ºC
25 25Temperatura da água de Resfriamento Saída T4
ºC
47 63Vazão da água de Resfriamento
3 – Área média de trocador de calor:
Π = Dm. L.n. Am 2 0346 , 0 . 2 . 5 , 0 . 011 , 0 m Am = Π=4– Taxa de calor trocado:
3 4 . . . T T T Q mw T Cp mw Q − = ∆ = ∆ = ρ
p/ correntes paralelas co-corrente
C T T T s kg Q mw kW Q º 22 25 47 025 , 0 1000 . 10 . 5 , 2 . 3029 , 2 22 . 4187 . 0125 , 0 3 4 5 = − = − = ∆ = = = = = − ρ
p/ correntes opostas
C T T T s kg Q mw kW Q º 38 25 63 025 , 0 1000 . 10 . 5 , 2 . 978 , 3 38 . 4187 . 0125 , 0 3 4 5 = − = − = ∆ = = = = = − ρ5 – Coeficiente Global de troca de calor
ln . Tm Am Q U ∆ =
p/ correntes paralelas co-corrente
K m W U 1560 2 86 , 42 . 0346 , 0 3029 , 2 = =
p/ correntes opostas
K m W U 2790 2 18 , 41 . 0346 , 0 978 , 3 = =6. Conclusões e Comentários:
Nos resultados obtidos foi constatado que o coeficiente global de transferência de calor em contra-corrente foi maior, de acordo com o experimento proposto, com relação às
temperaturas de saída dos fluidos (T2 – saída do vapor condensado) e (T4 – saída de água de resfriamento) com as temperaturas de entrada dos dois sistemas independentes,
demonstrando que o sistema contra-corrente é mais eficiente.
