Departamento de Engenharia Química Recuperador de Calor
Por: cahllopes • 27/8/2015 • Trabalho acadêmico • 1.865 Palavras (8 Páginas) • 365 Visualizações
Centro Universitário da FEI
[pic 1]
Departamento de Engenharia Química
Recuperador de calor
Nomes: Carolina Hilário Lopes Nº de matrícula: 11211247-9
Felipe Alexandre Baleki
Tatiane Pampolini
Professor: Luis Novazzi
Disciplina: Fenômenos de Transporte I
São Bernardo do Campo 2015
- Objetivos
O presente projeto tem como objetivo viabilizar a construção de um sistema de recuperação de calor para chuveiros, a fim de gerar economia de energia elétrica.
- Introdução
Um dos vilões da rede elétrica no Brasil é o chuveiro elétrico. Como foi publicado no site da Eletrosul [Economia com energia solar - 23/12/2005 - www.eletrosul.gov.br/gdi], o consumo do chuveiro, em horário de pico, entre 18 e 21 h, corresponde em 9 % da demanda da potência total instalada, ou 40% da potência instalada da Usina de Itaipu. O gasto com o chuveiro em uma residência de 4 pessoas varia entre 25 a 35% da energia elétrica gasta pela família. Por isso, o Recuperador de calor é um método eficaz para diminuir esse consumo da energia elétrica.
O Recuperador de calor para chuveiros têm o objetivo de estudar o funcionamento do mesmo através da determinação da eficiência, da caracterização do regime transiente, e o mais importante da influência no consumo mensal de energia elétrica de uma residência, com o propósito de gerar economia. O Recuperador de calor, que possui uma forma de espiral, que tem o objetivo de absorver o calor da água que irá pelo ralo e transfere esse calor para a água que irá para o chuveiro, evitando assim o desperdício de energia térmica, gerando assim, a economia. Neste projeto montamos o trocador de calor com tubo de alumínio. Nosso projeto irá dimensionar um sistema já existente, que está disponível no mercado.
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Figura 1: Ilustração do projeto (Retirado de: http://trabalhodefisica-n11.blogspot.com.br/2010/05/chuveiro-com-recuperador-de-calor.html)
2.1 Vantagens do Recuperador:
- Economia de energia elétrica;
- Produto ecologicamente correto;
- Retorno de investimento, com a economia de energia.
- Metodologia dos ensaios e análise:
Esquema rápido de compreensão:
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Figura 2: O funcionamento do Recuperador de calor (Retirado de: http://www.ufrgs.br/medterm/trabalhos/trabalhos-2008/recuperadordecalorparachuveiro.pdf)
O Recuperador de calor é posicionado abaixo do chuveiro e entra em contato com a água quente que cai do mesmo, sendo então o trocador de calor aquecido. Ao abrir o registro de água e após sair do chuveiro, a água é conduzida por um tubo até o trocador de calor, uma serpentina de alumínio em formato de espiral. Após a água passar pela serpentina, a mesma é levada até o chuveiro, sendo aquecida no chuveiro por resistência elétrica.
O trocador de calor estando abaixo do chuveiro, entra em contato com a água do banho (quente) e passa a ser aquecido absorvendo a energia térmica da água, que antes era desperdiçada. O calor é transmitido à água que entra na serpentina, pré-aquecendo antes de ela entrar no chuveiro.
Estudaremos o comportamento transiente do sistema e sua eficácia em recuperar o calor que seria perdido sem a utilização do recuperador de calor.
- O trocador de calor
O trocador de calor usado no nosso projeto, foi a serpentina, com as seguintes dimensões:
- Diâmetro externo total: ; [pic 4]
- Espessura da parede do tubo: ; [pic 5]
- Comprimento do tubo: 15,54 m;
- Número de voltas: 14
- Material do trocador de calor: alumínio.
[pic 6]
Figura 3: Exemplo de serpentina de alumínio (Retirada de: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-650768054-serpentina-aluminio-coqueirachopeiraresfriadoraquecedor-_JM)
3.2 Descrição dos cálculos:
Partimos da premissa que o sistema formado pela serpentina e água quente externa irá adicionar uma certa quantidade de calor à água que sai da rede de abastecimento a uma temperatura e entra no sistema, saindo dele a uma temperatura Por consequência da condução de calor entre a água quente em movimento externa proveniente do ralo do chuveiro e a serpentina que é atravessada pela água da rede, consideramos a temperatura da superfície da serpentina igual a temperatura da água que escoa no seu interior [pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]
Como não sabemos qual o sistema é capaz de nos fornecer, não sabemos a qual temperatura a água deve sair da serpentina . De modo, que julgamos pertinente estabelecer valores para e com base nos valores de calculados, fixarmos um para nossa instalação. [pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]
Sabendo que:
[pic 16]
Onde:
- ṁ: vazão mássica de água que entra na serpentina. Consideramos m constante para toda a instalação, ou seja, assume-se que a mesma vazão de água que sai da rede de abastecimento, entra na serpentina e passa pelo chuveiro. Assim, a vazão de água que sai pelo ralo também foi considerada m.
Cálculo de ṁ:
Segundo o fornecedor Tigre, a vazão de água que passa por um chuveiro elétrico é usualmente adotada como , isto é, m³/s e considerando a densidade da água a como , temos kg/s.[pic 17][pic 18][pic 19][pic 20][pic 21]
- cp: calor específico da água, cp= .[pic 22]
- Tq,s: Temperatura da água quente que sai da serpentina, dado em .[pic 23]
- Tf,e: Temperatura da água fria que entra na serpentina, consideramos, como sendo .[pic 24]
Observação importante: As propriedades físicas influenciadas pela temperatura foram obtidas através da interpolação de valores tabelados presentes no Apêndice A – Tabela A.6. Para escolamento externo, considerar temperatura de filme Tfilme= (TEXT, SERP-Tq,r)/2= e para escoalmento interno, considerar temperatura média Tm=(Tf,e+Tq,s)=.[pic 25][pic 26]
Sendo assim, obtemos os resultados da tabela 1:
[pic 27]
Tabela 1 – Carga térmica adicionada e respectivas temperaturas de saída.
QSERP (kW) | Tq,s (°C) |
1,00 | 24,79 |
1,50 | 27,19 |
2,00 | 29,58 |
2,50 | 31,98 |
3,00 | 34,37 |
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