Ciruitos de recirculação

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UNIVERSIDADE FEDERAL
Instituto de Ciências Puras e Aplicadas
EMEI08 - Laboratório de Fenômenos de Transporte - T08
Circuitos de Recirculação
Itabira - MG
2023
SUMÁRIO
1.RESUMO
2. INTRODUÇÃO 3
3. MATERIAIS E MÉTODOS 3
4. RESULTADOS 4
5. CONCLUSÃO 7
1. RESUMO
O conceito central de fluxo estacionário é essencial nos circuitos de recirculação, descrevendo
a condição em que a taxa de fluxo de um fluido permanece constante em um ponto específico do
sistema. Em um circuito de recirculação, isso ocorre quando a quantidade de fluido que retorna ao
ponto de origem é equivalente à quantidade sendo introduzida no sistema
No contexto de um circuito de recirculação, um líquido é continuamente retirado de um
reservatório, percorre as tubulações e componentes do circuito e, em seguida, retorna ao reservatório
para ser reciclado ou descartado. Manter um fluxo estacionário é crucial para assegurar o
funcionamento eficiente e estável do sistema.
A estabilidade do fluxo estacionário é obtida equilibrando a taxa de entrada com a taxa de
saída de fluido. Se a quantidade retirada do sistema for igual à quantidade introduzida, o sistema opera
em um estado de fluxo estacionário, evitando acumulações ou perdas de líquido ao longo do
tempo.Esse comportamento é de extrema importância em diversas aplicações, como em sistemas de
refrigeração, onde a recirculação eficiente do refrigerante é vital para manter a temperatura desejada.
Além disso, em sistemas de tratamento de água, o fluxo estacionário é essencial para garantir a
distribuição precisa de produtos químicos e otimizar os processos de filtragem.
2. INTRODUÇÃO
O conceito fundamental de fluxo estacionário desempenha um papel crucial nos
circuitos de recirculação. Ele descreve a condição em que a taxa de fluxo de um fluido
permanece constante em um ponto específico do sistema. Em um circuito de recirculação, isso
ocorre quando a quantidade de fluido que retorna ao ponto de origem é igual à quantidade
sendo alimentada no sistema.
No contexto de um circuito de recirculação, um líquido é continuamente retirado de
um reservatório, conduzido através de tubulações e componentes do circuito, e então retorna
ao reservatório para recirculação ou descarte. Manter um fluxo estacionário é essencial para
garantir o funcionamento eficiente e estável do sistema.
A estabilidade do fluxo estacionário é alcançada equilibrando a taxa de entrada com a
taxa de saída de fluido. Se a quantidade retirada do sistema for igual à quantidade introduzida,
o sistema opera em um estado de fluxo estacionário, assegurando que não haja acumulação ou
perda de líquido ao longo do tempo.
Esse comportamento é crucial em diversas aplicações, como sistemas de refrigeração,
onde a recirculação eficiente de refrigerante é vital para manter a temperatura desejada. Em
sistemas de tratamento de água, o fluxo estacionário é essencial para garantir a distribuição
adequada de produtos químicos e otimizar processos de filtragem.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
O experimento foi feito através do auxílio do aparelho da armfield - TH4 Recycle
Loops, apresentado na figura 1, abaixo.
O procedimento é iniciado abrindo a válvula de entrada e a do circuito de recirculação.
Em seguida, a bomba do circuito de recirculação e o aquecedor são ligados, sendo importante
aguardar até que a temperatura de saída atinja um valor constante. Após esse passo, a leitura é
realizada em cada fluxômetro e nos sensores de temperatura. Para repetir o processo por 7
vezes, foi preciso ajustar ligeiramente a válvula de recirculação para reduzir a taxa de vazão,
além de modificar a taxa de fluxo ao fechar um pouco a válvula de entrada.
4. RESULTADOS
Os dados foram coletados usando o próprio Armfield TH4, e a partir dele
conseguimos as taxas de entrada, recirculação, de saída e suas respectivas temperaturas. As
tabelas foram divididas para melhor visualização. As tabelas que necessitaram de
interpolações foram feitas.
Densidade da água com interpolação nas temperaturas:
26,5° C = 0,9969 Kg/m³
26,7° C = 0,9970 Kg/m³
Diâmetro do tubo: 10 mm ou 0,01 metros.
A seguir as equações utilizadas para calcular os resultados das tabelas abaixo:
Equação 1
𝑢1 = 𝑄𝑣1
π𝑑2/4
Equação 2
𝑢3 = 𝑄𝑣3
π𝑑2/4
Equação 3
𝑄𝑇 = 𝑄𝑚 [(ℎ3 − ℎ1 ) + 1 2 (𝑢²/³ − 𝑢¹/² )]
Taxa do
fluxo de
Entrada
F1
l/min
Taxa do
fluxo
Recircula
ção F2
l/min
Taxa do
fluxo Sai
da F3
l/min
Taxa Fluxo
Entrada
Qv1
m^3/s
Taxa do fluxo
Recirculação
Qv2
m^3/s
Taxa do
fluxo Sai
Qv3
m^3/s
Temp
Ent
T1°C
Temp
Reci
T2°C
Temp
Sai
T3°C
3,10 0 3,20 0,0000516 0,00000 0,0000533 26,5 57,5 0
2,02 2,03 2,09 0,0000336 0,0000338 0,0000348 26,7 57,9 35,8
2,02 2,03 2,09 0,0000336 0,0000338 0,0000348 26,7 47,4 35,8
3,10 3,74 2,09 0,0000516 0,0000623 0,0000348 26,7 41,5 41,1
3,10 3,74 3,20 0,0000516 0,0000623 0,0000533 26,7 37,5 32,4
3,10 2,06 3,20 0,0000516 0,0000343 0,0000533 26,7 42,8 32,2
3,10 0,99 3,20 0,0000516 0,0000165 0,0000533 26,7 55,4 32,1
Entalpia
Entrada
h1 j/kg
Entalpia
saída
h1 j/kg
Velocidade
de Entrada
u1 m/s
Velocidade
de Saída
u3 m/s
Taxa do fluxo
Massa Qm
kg/s
Taxa de
Transferência
de Calor Qt
115,30 0
0,6573248408 0,6789808917
0,05144004 -0,123039585
115,32 146,66
0,4280254777 0,4433121019
0,03349584 1,272270564
115,32 146,66
0,4280254777 0,4433121019
0,03349584 1,309548161
115,32 167,50
0,6573248408 0,4433121019
0,05144004 1,358537067
115,32 126,05
0,6573248408 0,6789808917
0,05144004 1,36912307
115,32 126,02
0,6573248408 0,6789808917
0,05144004 1,25291766
115,32 126,01
0,6573248408 0,6789808917
0,05144004 1,214645504
Gráfico 01- Taxa de Transferência de Calor X Taxa de Recirculação F2 l/minuto
FONTE: Autores
Gráfico 02- Taxa de Transferência de Calor X Taxa de Recirculação QV2 m³/s
FONTE: Autores
5. CONCLUSÃO
O estudo destacou a correlação entre a taxa de transferência de calor e a taxa de
recirculação em um circuito estacionário. A estabilidade do fluxo desempenhou um papel
crucial na preservação de condições ideais, conforme evidenciado nos gráficos derivados dos
dados coletados. A aplicação da equação de energia ao sistema mostrou-se eficaz para
compreender e regular o fluxo em circuitos de recirculação. Esses resultados têm importância
significativa na otimização de sistemas, como os de refrigeração e tratamento de água, nos
quais a eficiência está diretamente ligada à manutenção de um fluxo estável e controlado.