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Determinação de coeficientes globais de transferência de cal

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by

Ana Carolina

on 28 October 2013

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Transcript of Determinação de coeficientes globais de transferência de cal

Determinação de coeficientes globais de transferência de calor num tanque agitado, em regime transiente
Introdução
1 . Determinação dos coeficientes globais de transferência de calor (U), sob condições de regime transiente.
2 . Influência do caudal de água no valor de U.

Tanque com óleo aquecido, com uma agitação constante:
arrefecido naturalmente => UA(ext)
arrefecido com passagem de água no interior de uma serpentina => UA

Conclusões e sugestões para trabalho futuro
Os valores de (UA) diminuem à medida que avança o arrefecimento do óleo;

Se excluirmos a passagem de água pela serpentina, obtém-se (UA)ext, que assume valores inferiores em relação a (UA);

Tomando dois caudais distintos de água a circular na serpentina, os valores de (UA) são mais elevados para caudais superiores, em relação a temperaturas semelhantes;

Obtiveram-se valores de UA experimentais e estimados muito díspares. Encontram-se entre cerca de 24,9 e 48,7 W/ºC .
Com o fim de minorar os erros que conduzem a resultados pouco precisos ou afastados da exatidão, tem de se ter em conta os seguintes aspetos:

Movimentos nas vizinhanças da instalação experimental;

Ser minucioso nos cálculos;

Rigor na medição do caudal de água.
Agradecimentos
Agradecemos à Professora Maria Josefina Ferreira e professores auxiliares, que contribuíram com serventia, paciência, ensino e experiência para o sucesso do trabalho experimental.

Uma palavra de apreço para os nossos colegas de turma, que criaram um ambiente propício à execução da prática laboratorial e mostraram-se sempre prontos a atender as dúvidas de outros grupos de trabalho.
Instalação experimental
O tanque com óleo está a ser agitado a uma velocidade de rotação N. Na serpentina circula água a um caudal volumétrico V.
Legenda:
1 . Tanque com óleo agitado;
2 . Entrada de água;
3 . Saída de água;
4 . Resistências de imersão;
5 . Agitador;
6 . Depósito com controlo de nível;
7 . Termopar à entrada da serpentina;
8 . Termopar à saída da serpentina;
9 . Válvula reguladora de caudal;
10 . Termopar na interface serpentina óleo;
11 . Termopar no sio do óleo;
12 . Rotâmetros;
13 . Interface gráfica
Resultados
Sugestões:

Análise da precisão da medição dos termopares;

Avaliar o estado da serpentina.
Laboratórios Integrados III
Apresentação Oral dos Trabalhos Laboratoriais de MF e TCM
FEUP, 01-04 outubro 2012
Ana Carolina Temporão Marques Filipe , Patrícia Loureiro Rodrigues
FEUP/ICBAS - Portugal
Em resistências térmicas em série, é costume definir-se o coeficiente global de transferência de calor (U), que, associado à área de transferência de calor (A), se obtém por:
(1)
Através dos resultados do ensaio em que não se faz circular água na serpentina, determina-se o valor de (UA)ext por:
(2)
Consegue determinar-se o valor de (UA), tendo-se previamente calculado o de (UA)ext, pela equação (3), ou, em alternativa, pela (4).
(3)
(4)
Reynolds inferior a 2100, usa-se a relação (10):
(verificar o valor obtido pela equação (11))
Reynolds superior a 10 000, usa-se a equação (12):
2 100 < Reynols < 10 000, recorre-se à seguinte figura, já que o valor adimensional é influenciado pela área interna da serpentina:
De modo a estimar o valor de (UA), recorre-se a duas correlações:
Correlação de Chilton, Drew e Jebens (5)
Correlação de Pratt (6)
(5)
(6)
Para determinar o hi (coeficiente de transferência de calor para a água), é necessário primeiro calcular os números adimensionais de Reynolds (7), Prandtl (8) e Nusselt (9)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
Numa serpentina, a transferência de calor é maior para as mesmas condições físicas. A seguinte correlação relaciona hi de um tubo linear com o de uma serpentina:
Nota: É necessário ter em atenção os valores das propriedades do cobre, do óleo e da água, que variam com a temperatura.
(13)
Bibliografia
“Protocolo experimental das práticas laboratoriais das disciplinas de Mecânica dos Fluidos e Fenómenos de Transferência I, do 2º ano do curso de Mestrado Integrado em Bioengenharia”, Departamento de Engenharia Química, Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, 2013-14.

Çengel, Y. A., “Heat Transfer – A Pratical Approach”, McGraw-Hill, USA (1998).

Holman, J. P., “Heat Transfer”, 8th ed., McGraw-Hill Book Co, Singapore (1997).

http://pt.wikipedia.org/wiki/Coeficiente_de_transfer%C3%AAncia_t%C3%A9rmica, 25/10/2013
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