Trocador De Calor

CAPÍTULO 1

1.0 – INTRODUÇÃO

1.1 – Considerações Iniciais

O Projeto Integrado da Universidade Nove de Julho foi criado para promover a integração dos alunos do ciclo básico de Engenharia (Civil, Elétrica, Mecânica e Produção Mecânica), Arquitetura e Urbanismo e Desenho Industrial. Este projeto visa a promover como desafios aos graduandos, o desenvolvimento e a construção de um determinado produto estabelecido pelo corpo docente da instituição.

No Projeto Integrado, os graduados concebem, projetam e desenvolvem a construção do produto estabelecido, a partir dos conhecimentos, competências e habilidades das disciplinas que compõem a grade curricular de cada curso. O que permite ao graduando interagir com os colegas de grupo e, salas, corpo docente e coordenadores. Fazendo com que cada aluno coloque em prática as atividades aca-dêmicas de pesquisas, planejamento, execução de projetos, alcançar os objetivos cumprindo a utilização de coordenadas de recursos humanos, financeiros e materi-ais bem como, o cumprimento de metas estabelecidas em curto prazo.

No segundo semestre de 2013, a proposta é projetar, desenvolver habilidades relacionadas aos projetos de sistemas mecânicos e colocar em prática de forma multidisciplinar os conceitos básicos aprendidos em sala de aula tais como o domí-nio do processo de fabricação, projeto e desenho mecânico, cálculo, dimensiona-mento e especificação técnica de equipamentos para construir um sistema mecânico de troca de calor e capaz de abaixar a temperatura ambiente da água e mantê-la resfriada.

Devido a diversas aplicações na indústria do petróleo, química e alimentícia, além de sistemas de ar condicionado e resfriamento o trocador de calor é um dos principais equipamentos desenvolvidos pela engenharia para permitir a manutenção de temperaturas em processos, sendo de fundamental importância para resfriamento ou aquecimento de sistemas termo-mecânicos, utilizado também como dissipador de calor, condicionamento de ar e refrigeração e inúmeras aplicações.

De forma geral, os trocadores de calor são equipamentos de vários tipos e configurações onde ocorre transferência de energia sob a forma de calor entre duas ou mais massas de fluidos que podem ou não estar em contato direto. Os processos e operações ligadas a este tipo de sistema podem ser descritas como as de aqueci-mento, resfriamento, condensação, ebulição, esterilização, pasteurização, congela-mento, fracionamento, destilação, concentração, cristalização, fundição, secagem e outros.

O trocador de calor deverá ter uma dimensão máxima de 50 cm x 50 cm x 50 cm. Possuir uma vazão de um litro a dois litros por minuto.

A troca térmica deverá ser dimensionada sem que haja recirculação de água, ou seja, somente passará uma vez pelo sistema. A parte interna será preenchida com gelo. A utilização de motores e bombas fica limitada a um a potência máxima de 0,5 Hp. O sistema poderá ser instrumentalizado com medidores de vazão e tem-peratura.

Serão realizadas cinco medições, através de cinco amostras de 200 ml cole-tada na saída do sistema e não haverá repetição das medições.

Depois de retiradas as amostras, será calculada a média aritmética simples das medições.

Vencerá a equipe que tiver maior acurácia e em caso de empate na acurácia será considerada vitoriosa a equipe com a maior capacidade de troca térmica.

Equação 1.0 – Equação Acurácia

Trocadores de calor são largamente usados na indústria tanto para resfria-mento e aquecimento em larga escala em processos industriais. O tipo de tamanho de trocadores de calor usados pode ser adaptado a um processo dependendo do tipo de fluido, sua fase, temperatura, densidade, viscosidade, pressões, composição química e várias outras propriedades termodinâmicas.

Em muitos processos industriais existe desperdício de energia ou uma corrente de calor que está sendo exaurida, trocadores de calor podem ser usados para recuperar este calor e oloca-lo em uso pelo aquecimento de uma outra corrente no processo. Esta prática poupa uma quantidade de dinheiro na indústria como o calor fornecido a outras correntes dos trocadores de calor que de outra forma varia de fonte externa a qual é mais custosa e mais nociva ao ambiente.

1.2 – Objetivos

O projeto deverá contemplar um sistema mecânico de troca de calor capaz de baixar a temperatura ambiente da água através de alimentação contínua por no mí-nimo 10 minutos e mantê-la em 10ºC + ou – 2ºC.

Este projeto tem como finalidade o estudo de conceitos básicos de sistemas mecânicos e transmissão de calor, podendo assim transformar em conhecimento prático, os temas abordados em sala de aula através das matérias de: Fenômeno de transporte II, Termodinâmica aplicada e mecânica dos sólidos. . Desta forma temos como objetivo:

• Efetuar os cálculos necessários para atingir o objetivo final.

• Construir a base do reservatório e todo o sistema que contempla os itens ne-cessários capaz de baixar a temperatura, conforme proposto pela universida-de.

 

CAPÍTULO 2

2.0 – FUNDAMENTAÇÕES TEÓRICAS

Para iniciarmos os estudos e analises realizada s através de pesquisa sobre a transferência de calor, há alguns pontos que será essencial que suas definições estejam claras.

A definição da transferência de calor pode ser atribuída a troca de taxa de ca-lor entre corpos que podem ou não estar em contato. Esse processo funciona como fonte e receptor.

A partir de pesquisas e estudos podemos afirmar que existe 3 maneiras dife-rentes em que pode ser realizadas essa transferência, sendo ela a partir da fonte para o receptor. Essas maneiras são processo de Convicção, radiação e condução.

No caso da convicção é a transferência de calor que ocorre entre uma super-fície e um fluido, quando em temperaturas diferentes. Neste processo temos tanto a convecção forçada que é realizada por meios como bombas, ventiladores, entre ou-tros. E a convicção livre que ocorre através das forças de empuxo, causadas pela variações de massas e temperaturas dos corpos.

Esse processo pode ser estudado com base na lei de resfriamento de newton, a qual a pode ser utilizada a equação q’’=