Prático Trocador de Calor Serpentina

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GNE 345 – LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA II

PRÁTICA 06: “aquecimento contínuo através de uma camisa e serpentina”

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

A mudança de temperatura em um processo industrial é muito comum de ocorrer, o aquecimento ou resfriamento de um fluído pode ser fundamental para o andamento de uma linha de produção. Os equipamentos que realizam essa troca térmica são denominados de trocadores de calor.

Trocador de calor é um equipamento que realiza a troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas usualmente separados por uma parede sólida, através de mecanismos de condução e convecção.

Existem diferentes tipos de equipamentos que realizam troca térmica, dentre eles estão o trocador de calor por serpentina e trocador por vaso encamisado. A troca térmica necessária neste tipo de equipamento é então obtida a partir da superfície da parede ou das serpentinas imersas no líquido.

Cálculos do trocador de calor

O coeficiente global de transferência de calor (U) é o parâmetro mais importante na análise de um trocador de calor. Com este parâmetro pode-se qualificar o equipamento em teste frente aos demais disponíveis no mercado. O coeficiente global de troca de calor em uma montagem experimental pode ser calculado através da Equação 1, se a taxa de transferência de calor total (q), for obtido a partir de medições de temperatura e vazão do fluido.

𝐔 =        𝐪[pic 4]

𝐀∙∆𝐓𝐦𝐥

---

(1)

Onde: A é a área de troca térmica (neste experimento, A= 0,02 m²) e ∆Tml é a diferença logarítmica de temperaturas.

Sendo que:

∆𝐓𝐦𝐥

---

= 𝑻𝑯𝟐−𝑻𝑪𝟐 − 𝑻𝑯𝟏−𝑻𝑪𝟏 

𝒍𝒏 𝑻𝑯𝟐−𝑻𝑪𝟐 [pic 5][pic 6]

 𝑻𝑯𝟏−𝑻𝑪𝟏 

---

(2)

Obs: TH é a temperatura do fluido quente e TC é a temperatura do fluido frio; os índices (1) e

(2) correspondem as temperaturas de entrada e de saída, respectivamente.

A taxa de transferência de calor total (q) pode ser obtida através da Equação 3.

𝐪 = 𝐦                    ∙ 𝐂𝐏 ∙ ∆𝐓        (3)

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Onde: m é a vazão mássica do fluido frio; CP é o calor específico do fluido frio e; ∆T é a diferença de temperatura do fluido frio da saída e da entrada do trocador de calor.

A eficiência da temperatura do circuito quente do trocador de calor consiste na razão entre a mudança de temperatura no circuito quente, dividida pela diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima dos circuitos quente e frio:

𝛈𝐇

---

= 𝐓𝐇𝟏−𝐓𝐇𝟐 𝐱 𝟏𝟎𝟎        (4)

𝐓𝐇𝟏−𝐓𝐂𝟏

A eficiência da temperatura do circuito frio do trocador de calor consiste na razão entre a mudança de temperatura no circuito frio, dividida pela diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima dos circuitos quente e frio:

𝛈𝐂

---

= 𝐓𝐂𝟐−𝐓𝐂𝟏 𝐱 𝟏𝟎𝟎        (5)

𝐓𝐇𝟏−𝐓𝐂𝟏

A eficiência média da temperatura dos dois circuitos consiste na eficiência média dos

dois:

1. OBJETIVO

---

𝛈 = 𝛈𝐇+𝛈𝐂

𝟐

---

(6)

Comparar a transferência de calor através de camisa e de serpentina em um tanque de aquecimento com alimentação contínua de água.

1. PROCEDIMENTO

• Conecte e configure o trocador de calor.
• Conecte-o para aquecimento pela serpentina ou camisa e configure uma temperatura do tanque de aquecimento de 60ºC.
• Abra a válvula de controle de vazão manual de água fria e quente e ajuste sua vazão de acordo com estabelecido (Tabela 1 e Tabela 2).
• Ligue o agitador e ajuste para velocidade máxima.
• Permita que as temperaturas estabilizem (~10 minutos), depois anote todas as temperaturas necessárias.
• Repita o procedimento usando aquecimento pela camisa ou serpentina
• OBS 1: Para proteger o equipamento, a bomba e o aquecedor não funcionarão até que o tanque do aquecedor esteja com pelo menos metade da capacidade de água.
• OBS 2: A alimentação de água fria e água quente provavelmente terá uma rápida variação durante o experimento. Então é necessário monitorar e ajustar levemente as válvulas de controle de vazão para manter a vazão constante.
• CUIDADO! Sempre limpe quaisquer respingos de água imediatamente. Nunca utilize as chaves elétricas quando estiver com as mãos molhadas.

1. RESULTADOS

O relatório deverá conter Introdução/Referencial teórico, Materiais e Métodos, Resultados e Discussão e Conclusão;

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Ao        longo        da        elaboração        do        relatório,        os        seguintes        itens        deverão        ser respondidos/inseridos: