Departamento de Engenharia Química Recuperador de Calor

Centro Universitário da FEI

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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

1. 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.

1. 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.

1. 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.

1. 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. 

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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:

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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:

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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