Os Trocadores de calor

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Onde: q = a taxa total de transferência de calor (J/s = W); Tc,in = temperatura de entrada do fluido frio (K); Tc,out = temperatura de saída do fluido frio (K); Th,out = temperatura de saída do fluido quente (K); Th,in = temperatura de entrada do fluido quente (K); cpc = calor específico do fluido frio (J/kg K); m f = descarga (ou vazão mássica) fluido frio (kg/s); cph = calor específico do fluido quente (J/kg K); m ℎ = descarga (ou vazão mássica) fluido quente (kg/s); Os valores de cpc e cph foram estimados com auxílio de uma calculadora virtual específica para esses cálculos, onde se introduziu os valores de pressão e temperatura média do fluido no sistema.

Para o procedimento experimental utilizou-se a bancada de transferência de calor do laboratório da Univates. O sistema do trocador nos permite a obtenção dos valores de temperatura para cada ponto (entrada da água quente, entrada da água fria, saída da água quente e saída da água fria) em um visor. Ligou-se o equipamento e ajustou-se o set point do controlador de temperatura em 50 ºC. Foi-se alterando a vazão de entrada do fluido frio, de 2 L/min até 8 L/min, de dois em dois litros por minuto, o que gerou quatro situações. Para todas elas, a vazão de entrada do fluido quente era de 6 L/min. Assim, foram feitas medições com as válvulas V2 e V3 abertas e as válvulas V1 e V4 fechadas, fazendo com que o experimento fosse feito em contra-corrente.

Na Figura 2 é apresentado o sistema de trocador de calor utilizado para a prática. Podemos observar os pontos de entrada de água quente e fria.

Figura 2 - Sistema de trocador de calor casco tubo

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Fonte: Das autoras (2017).

O sistema possui tubos de cobre que transportam a água quente e um casco de acrílico por onde passa o fluido frio. Nesse caso também utilizou-se água fluindo do lado de fora dos tubos realizando a troca térmica. É possível visualizar os medidores de vazão de água quente e fria, situados logo acima da entrada da água, utilizados durante as alterações de vazão propostas durante a prática.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com as equações descritas e os dados obtidos experimentalmente conforme o procedimento descrito, apresenta-se na Tabela 1, os resultados de conservação de calor obtidos ao longo do experimento.

Tabela 1 - Resultados obtidos com o experimento

Medida

Qq (L/min)

Qf (L/min)

Teq (K)

Tsq (K)

Tef (K)

Tsf (K)

Qq (kW)

Qf (kW)

1

6

4

317,9

314,5

299,9

303,5

1,420

1,002

2

6

4

318,1

314,5

297,4

302,1

1,504

1,309

3

6

6

315,0

311,1

296,8

299,5

1,163

1,130

4

6

8

318,3

313,9

300,7

303,0

1,838

1,281

5

6

4

316,6

313,5

299,2

302,9

1,295

1,050

6

6

2

316,1

312,5

298,3

301,1

1,545

1,065

7

6

2

317,7

315,1

299,2

305,2

1,130

0,836

8

6

4

319,8

314,3

298,2

305,1

2,298

1,903

9

6

8

315,1

311,2