Trabalho Transferência de Massa

[pic 1]

CENTRO INTEGRADO DE MANUFATURA E TECNOLOGIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI CIMATEC

CURSO BACHARELADO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

ISA MOREIRA DA SILVA SANTOS

TRABALHO DE PESQUISA:

TRANSFERÊNCIA SIMULTÂNEA DE CALOR E MASSA EM TORRES DE RESFRIAMENTO

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ISA MOREIRA DA SILVA SANTOS

TRABALHO DE PESQUISA:

TRANSFERÊNCIA SIMULTÂNEA DE CALOR E MASSA EM TORRES DE RESFRIAMENTO

Trabalho apresentado como requisito parcial para composição da nota da disciplina de Transferência de Massa, do curso de Engenharia de Materiais do Centro Universitário SENAI CIMATEC.

Docente: Antonio Rimaci Miguel Junior

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SUMÁRIO

1. Objetivo        3

2. processo industrial        3

1.1. Descrição do processo        3

1.2. Principais variáveis envolvidas        4

1.3. Correlações matemáticas de fluxo de calor e de massa        4

1.3.1. Balanço de Massa        4

1.3.1.1. Determinação da vazão de ar seco        5

1.3.1.2. Cálculo da umidade absoluta do ar        6

1.3.1.3. Determinação da vazão de água        9

1.3.2. Balanço de Energia        9

1.3.3. Análise termodinâmica do processo        10

REFERÊNCIAS        12

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1. Objetivo

Pesquisar um fenômeno ou processo industrial onde estejam presentes a transferência simultânea de calor e massa e apresentar: descrição do processo; principais variáveis envolvidas; correlações matemáticas de fluxo de calor e massa e pelo menos 01 (um) exercício resolvido envolvendo transferência simultânea de calor e massa.

1. processo industrial

O processo escolhido foi o resfriamento numa torre industrial que tem seu princípio de operação na troca simultânea de calor e massa. Os dados de desenvolvimento das correlações matemáticas de fluxo de calor e de massa foram obtidos da UNICAMP - Apostila de Laboratório de Calor e Fluídos: Torre de resfriamento.

         

1. Descrição do processo

Em muitos processos industriais, há a necessidade de se resfriar um fluido de processo e para que este procedimento não torne a operação cara e, também para evitar os impactos negativos ao meio ambiente, o fluido responsável pelo resfriamento é reutilizado, passando-se por uma torre de resfriamento. Uma torre de resfriamento é basicamente uma coluna de transferência de massa e calor, projetada de forma a permitir uma grande área de contato entre a corrente de água aquecida e a de ar frio (UNICAMP). Isto é obtido mediante a aspersão da água líquida na parte superior e do “enchimento” da torre, isto é, bandejas perfuradas, colmeias de materiais plástico ou metálico, que aumenta o tempo de permanência da água no seu interior e a superfície de contato água - ar.

Neste processo, a água aquecida é gotejada na parte superior da torre e desce lentamente através de “enchimentos” de diferentes tipos, em contracorrente com uma corrente de ar frio. Em seguida, ocorre a evaporação parcial de água para uma corrente de ar não saturado, além da troca de calor sensível devido à diferença de temperaturas entre os dois fluidos e essa parte da água evaporada, ao entrar em contato com a corrente de ar, fará com que o mesmo tenha sua temperatura e umidade relativa elevadas ao sair da torre de resfriamento. Para a maioria das torres, o ar de saída na torre está próximo da saturação (umidade relativa igual a 100%) (MELLO, 2008).

O processo envolve a transferência de calor latente devido à vaporização de uma pequena parte da água e, também, a transferência de calor sensível devido à diferença de temperatura entre a água e o ar. De uma maneira geral, considera-se que 80% deste resfriamento é devido à transferência de calor latente e 20% ao calor sensível (MELLO, 2008).

1. Principais variáveis envolvidas

Uma vez especificada a geometria da torre em termos de suas dimensões e tipo de enchimento, o funcionamento adequado dependerá das seguintes variáveis: carga térmica a ser removida do processo (quantidade de calor por unidade de tempo dissipada pela torre de resfriamento), a vazão de circulação de água e de ar, a diferença das temperaturas de entrada e saída da torre (range), a diferença entre a temperatura da água que sai da torre e a temperatura de bulbo úmido do ar ambiente (approach).

1. Correlações matemáticas de fluxo de calor e de massa

Um esquema da torre de resfriamento pode ser visualizado na Figura. 1. Para a análise de desempenho, o equipamento foi dividido em volumes de controle sucessivos, realizando as medições necessárias em cada ponto, para efetuar os balanços de massa e energia referentes a cada volume intermediário e ao volume global. Nos pontos de entrada e saída dos fluxos de ar e água na torre, tem-se as medições de vazão de ar e água, das temperaturas de bulbo seco e úmido do ar e da temperatura da água.

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Figura 1. Esquema da torre de resfriamento (UNICAMP).

1. Balanço de Massa

         O balanço das correntes de água e ar para um volume de controle genérico limitado pelas superfícies de controle “i-1” e “i” será (no caso do balanço global, “i-1” será o plano de entrada de ar na torre e “i” será o plano de saída de ar da torre, e vice-versa para o fluxo de água):

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Sendo:

[pic 4] vazão de ar seco ao longo da coluna (constante)

 [pic 5]vazão de vapor de água contido no ar nas posições “i-1” e “i” na coluna, ou seja, entrando e saindo do volume de controle considerado.