A EXPERIMENTO DE TROCADOR DE CALOR A PLACAS
Por: Nayara Mendonça • 18/9/2017 • Relatório de pesquisa • 2.338 Palavras (10 Páginas) • 1.233 Visualizações
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AMBIENTAL
EXPERIMENTO DE TROCADOR DE CALOR A PLACAS
RELATÓRIO DE ATIVIDADE PRÁTICA
MEDIANEIRA
2017
EXPERIMENTO DE TROCADOR DE CALOR A PLACAS
Relatório sobre atividade prática realizada em laboratório apresentado à matéria de Operações Unitárias 2 do curso de Bacharelado em Engenharia Ambiental, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Profº. Drº. Eduardo Eyng.
MEDIANEIRA
2017
- INTRODUÇÃO
Segundo Incropera e Dewitt (2008), trocadores de calor são equipamentos que promovem a transferência de calor entre dois fluidos que escoam a diferentes temperaturas, normalmente separados por uma interface sólida. Estes equipamentos podem ser encontrados em diversos segmentos da indústria como em processos químicos, usinas elétricas e também no nosso cotidiano como geladeira e ar condicionado.
A escolha de um determinado trocador de calor necessita uma análise térmica para determinar o tamanho e a geometria necessária para satisfazer os requisitos de aquecimento ou resfriamento do fluido, enfatizando a necessidade do conhecimento dos modelos e conceitos de trocadores de calor existentes para definir o mais adequado (MATTJIE, 2013).
Basicamente os trocadores de calor são classificados segundo o processo de transferência de calor, grau de compactação da superfície, tipo de construção e da disposição das correntes dos fluidos (INCROPERA; DEWITT 1998).
De acordo com Mattjie (2013) no processo de transferência de calor, os trocadores de calor são classificados em contato direto e indireto. Considerando o tipo de construção, são classificados em tubulares, de placas, de superfície estendida e regenerativa.
O experimento foi realizado em um trocador de calor tipo placa que consiste em um suporte, onde placas independentes de metal, sustentadas por barras, são presas por compressão, entre uma extremidade móvel e outra fixa. Entre placas adjacentes formam-se canais por onde os fluidos escoam. Suas vantagens principais são a facilidade de acesso, utiliza pouco espaço, pode operar com mais de dois fluidos, possui alto coeficiente de troca de calor e tem um baixo custo inicial (GANHIS, 2012).
As placas do PHE possuem orifícios nos cantos para a passagem dos fluidos e são seladas nas extremidades por gaxetas de material elastomérico. Quando as placas são alinhadas e prensadas no pedestal, forma-se entre elas uma série de canais paralelos de escoamento. A parte central da placa é corrugada para aumentar a turbulência do escoamento dentro destes canais e também para aumentar a resistência mecânica do pacote de placas, que pode ter de 3 a 700 placas dependendo da capacidade do pedestal.
O espaço compreendido entre duas placas é um canal de escoamento, que pode ter uma espessura de 1,5 a 5mm. O fluido entra e sai dos canais através dos orifícios 37 nas placas e o seu caminho por dentro do PHE é definido pelo desenho das gaxetas, pelos orifícios abertos e fechados das placas e pela localização das conexões de alimentação. A configuração do PHE define as trajetórias dos fluidos quente e frio dentro do trocador e existe um grande número de possibilidades de configuração (SAUNDERS, 1988).
A distribuição do fluxo pelos canais do troca de calor de placa é feita na forma de “passes”, compostos por um certo número de “passagens”. Cada vez que o fluxo muda de sentido, muda-se de passe. Na Figura 1 é mostrado um exemplo de configuração para um trocador de calor de placa com nove placas, onde é possível observar os orifícios abertos e fechados das placas e também o desenho das gaxetas que definem a direção e o sentido do escoamento em cada canal. No caso deste exemplo têm-se oito canais de escoamento, o fluido quente faz dois passes de duas passagens e o fluido frio faz quatro passes de uma passagem.
[pic 1]
Figura 1: Exemplo de configuração de um trocador de calor de placa com nove placas
Um importante parâmetro para o projeto de um trocador é o coeficiente global de troca térmica, que está relacionado com as propriedades do fluido, do escoamento e do material do trocador. Descrito pela equação 1:
[pic 2]
q - taxa de transferência de calor (J/s);
U - coeficiente global de troca térmica (W/m²°C);
A - área efetiva de troca térmica (m²);
MLDT - média logarítmica da diferença de temperatura (°C).
A média logarítmica da diferença de temperatura para o escoamento concorrente e contracorrente, é obtido respectivamente, por:
[pic 3][pic 4]
Teq - temperatura de entrada do fluido quente (°C);
Tef - temperatura de entrada do fluido frio (°C);
Tsq - temperatura de saída do fluido quente (°C);
Tsf - temperatura de saída do fluido frio (°C).
O coeficiente global de troca térmica é dado por:
[pic 5]
O experimento realizado teve como objetivo determinar o coeficiente convectivo global de troca de calor, a eficiência de troca térmica e quantidade de calor trocado em um trocador de placas.
- MATERIAIS E MÉTODOS
Utilizou-se um trocador de calor constituído por 11 placas metálicas (aço inox) corrugadas montadas segundo configuração de passe simples (5 passes simples para cada fluido quente e frio). A área de transferência (troca térmica) por placa é de 0,037 m2, sendo que as demais dimensões (altura e largura) podem ser observadas nas placas em amostra, juntamente do equipamento. Não obstante, utilizou-se também:
- Termopares ligados a um Indicador de temperatura;
- Aquecedor de água à gás;
- Manômetros de Tubo em U; e
- Placas de orifício calibradas (medidores de vazão) ligadas aos manômetros:
Para o cálculo das curvas de calibração das placas, utilizaram-se as seguintes fórmulas:
Para a água quente (No 1) → Q = k1.(Δh)x
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