Relatorio trocador de calor

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Existem dois métodos mais comumente utilizados para a análise dos trocadores de calor, estes são o método da diferença de temperatura média logarítmica e o método de efetividade NTU.

Método da diferença de temperatura média logarítmica

Primeiramente, são necessárias algumas considerações gerais. Os trocadores de calor são analisados como em regime permanente, os calores específicos são considerados constantes, a condução de calor axial ao longo do tubo é desprezível e a superfície externa do trocador de calor é perfeitamente isolada.

Pela termodinâmica, devido às considerações feitas, os calores da fonte quente e fria são o mesmo.

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Onde,

mf e mq – taxas de escoamento de massa

Cpf e Cpq – calores específicos

Tf,sai e Tq,sai – temperaturas de saída

Tq,ent e Tf,ent – temperaturas de entrada

Analogamente, a taxa de transferência de calor também pode ser dada pela lei de resfriamento de Newton, depois de alguns rearranjos teremos a seguinte fórmula:

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Onde o é a diferença de temperatura média logarítmica, que é a forma adequada da diferença de temperatura média para utilização na análise de trocadores de calor. Aqui, e representam a diferença de temperatura na entrada e na saída do trocador de calor. [pic 16][pic 17][pic 18]

Método de eficiência NTU

O método de eficiência NTU, é baseado em um parâmetro adimensional chamado efetividade de transferência de calor . Esse método nos permite determinar a taxa de transferência de calor sem precisar das temperaturas de saída.[pic 19]

Logo, esse método é mais simples e necessita do auxílio de tabelas para relacionar a efetividade com o tipo de trocador de calor.

Logo, podemos calcular a efetividade:

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A taxa real de transferência de calor, pode ser determinada a partir do balanço de energia do fluido quente ou do fluido frio.

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E o Qmax, utilizará o Cmin, que é o menor valor entre o Cf e Cq. Logo:

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Temos então o número de transferência de atividades, NTU, que é determinado por

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Objetivos

Objetivos Gerais

Determinar o coeficiente global de troca térmica de calor (U) para as diferentes configurações de um trocador de calor casco e tubos com área de troca térmica igual a 0,15 m2.

Objetivo Específico

- Acompanhar a variação de temperatura das correntes de entrada e saída do sistema alimentado com água para os fluxos em “paralelo” e “contracorrente”, com vazões iguais e diferentes entre os fluidos;

- Determinar a diferença de temperatura média logarítmica (ΔTml) entre os quatro sistemas;

- Comparar a eficiência dos processos de ΔTml e U.

Materiais e Métodos

Materiais

- Tanque com água quente;

- Tanque com água fria;

- Trocador de calor;

- Bombas;

- Rotâmetros;

- Computador;

- Software;

- Termômetros;

Métodos

Primeiramente, fez-se uma análise externa do equipamento, verificando se o tanque de água fria estava cheio, se o de água quente estava com nível mínimo e se as válvulas estavam todas fechadas. Logo após, operou-se o equipamento ligando o painel conectado ao computador, iniciando o processo em contracorrente. Ativou-se o equipamento e a leitura das temperaturas aconteceram de 1 em 1 minuto e foram sendo registradas em uma tabela no próprio programa.

A primeira etapa do experimento foi realizada acionando primeiro um fluxo contracorrente e depois um fluxo em paralelo com vazões iguais para ambas os tanques, de água fria e quente. Iniciou-se ligando as bombas B-01 e B-02 e abrindo a torneira de saída de água dos tanques para evitar a entrada de ar no sistema e a cavitação das bombas. Controlou-se, então, a vazão daquelas pelo computador deslizando a barra do controlador até 1,2 L/min, observando nos rotâmetros FI-01 e FI-02. Aguardou-se o total preenchimento do casco do trocador. A temperatura do sistema foi alterada através do programa para 60 °C. Esperou-s por 15 minutos a estabilização do sistema e em seguida capturou-se a tela contendo a tabela com a leitura das temperaturas. A planilha foi apagada e logo após iniciou-se o novo procedimento, em paralelo. Mudamos a configuração do equipamento para paralelo pelo programa e realizou-se o mesmo procedimento descrito acima para o regime contracorrente.

A segunda etapa do experimento foi realizada acionando primeiramente o fluxo em contracorrente e depois o fluxo em paralelo com vazões diferentes para os tanques, de água fria e quente. Iniciou-se ligando as bombas B-01 e B-02 e abrindo a torneira de saída de água dos tanques para evitar a entrada de ar no sistema e a cavitação das bombas. Reduziu-se, então, a vazão da água quente pelo computador deslizando a barra do controlador até 0,6 L/min, mas a vazão de água fria foi mantida em 1,2 L/min, observando nos rotâmetros FI-01 e FI-02. Esperou-s por 15 minutos a estabilização do sistema e em seguida capturou-se a tela contendo a tabela com a leitura das temperaturas. A planilha foi apagada e logo após iniciou-se o novo procedimento, em paralelo. Mudamos a configuração do equipamento para paralelo pelo programa e realizou-se o mesmo procedimento descrito acima para o regime contracorrente.

Desligou-se