APS trocador

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UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA
Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas Engenharia Mecânica
APS 6° semestre
Afonso Valentim Capato Mariotti C2774F-0 
Bruno Massoni Pontel C40GEA-0
Bruno dos Santos Gonçalves C515GG-4
Francieli Carvalho C0694F-8
Gustavo dos Santos Ferraz	C739CB-0
Guilherme Boni Bianconi C49HDC-5
Leticia Longo C5092E-5
Naegeli Ferreira dos Santos C7247C-3
Wennely Karoline Garcia Cardoso C55GGE-0
São José do Rio Preto, 23/11/2017
Introdução...........................................................................3
Objetivo...............................................................................7
Desenvolvimento teórico...................................................7
Etapas de construção.........................................................9
Planilha de custos.............................................................11
Conclusões........................................................................11
Bibliografia.........................................................................11
Fichas preenchidas...........................................................12
Introdução
O processo de troca de calor entre dois fluidos que estão em diferentes temperaturas e separados por uma parede sólida ocorre em muitas aplicações da engenharia. Os equipamentos usados para realizar esta troca são denominados trocadores de calor, e as aplicações específicas podem ser encontradas em aquecimento e condicionamento de ambiente, recuperação de calor, processos químicos, etc. As aplicações mais comuns deste tipo de equipamento temos: Aquecedores, condensadores, evaporadores, torres de refrigeração, caldeiras, etc. Os trocadores de calor são equipamentos de extrema importância para a engenharia. Foram desenvolvidos muitos tipos de trocadores de calor para diversos campos da indústria, como usinas elétricas, usinas de processamento químico, ou em aquecimento e condicionamento de ar. Existem também aplicações domésticas bastantes comuns como em geladeiras e ar condicionados. Esse equipamento foi projetado para trocar calor entre fluidos, segundo as leis da termodinâmica, e, portanto proporcionar o reaproveitamento da energia térmica presente nos fluidos quentes. Dessa forma, ao conservar a energia, os trocadores de calor tornam-se importantes ferramentas para a preservação do meio ambiente.O trocador de calor é umequipamentocom a finalidade de realizar o processo de troca térmica entre doissistemas,fluído quente e fluído frio. Essa troca pode ser feita entre sistemas separados ou misturando os fluídos. Esteprocesso é amplamenteaplicado em diversos setores da engenharia, como exemplo, em aquecedores, refrigeração,condicionamento dear, recuperação de calor, usinas de geraçãode energia, plantas químicas, plantas petroquímicas, refinaria de petróleo, processamento de gásnaturaletratamento de águas residuais.
TIPOS DE TROCADORES:
Trocadores de calor de contato direto:
Neste trocador, os dois fluidos se misturam, envolve atransferência de massa além da transferência de calor, são alcançadas taxas de transferência de calor muito altas e sua construção é relativamente barata.
Exemplo: torre de resfriamento
Trocadores de calor de contato indireto:
- Tipo de trocadores de transferência direta:
Neste tipo, há um fluxo contínuo de calor do fluido quente ao frio através de uma parede que os separa, não há mistura entre eles, pois cada corrente permanece em passagens separadas. Este trocador é designado como um trocador de calor de recuperação, ou simplesmente como um Recuperador.
- Tipo de trocadores de armazenamento:
 Ambos fluidos percorrem alternativamente as mesmas passagens de troca de calor, a superfície de transferência de calor geralmente é de uma estrutura chamada matriz. Para aquecimento, o fluido quente atravessa a superfície de transferência de calor e a energia térmica é armazenada na matriz. Posteriormente, quando o fluido frio passa pelas mesmas passagens, a matriz “libera” a energia térmica. Podem ser dinâmicos ou estáticos, os estáticos não possuem partes móveis e consistem em uma matriz através da qual passa alternadamente os fluidos quentes e frios. Também chamados de “regenerador”
Trocadores de carcaça e tubo:
Este trocador é construído com tubos e uma carcaça, um dos fluidos passa por dentro dos tubos, e o outro pelo espaço entre a carcaça e os tubos. São os mais usados para quaisquer capacidades e condições operacionais, tais como pressões e temperaturas altas, atmosferas altamente corrosivas, fluidos muito viscosos, etc.
Trocadores de tubo-duplo:
O trocador de tubo duplo consiste de dois tubos concêntricos, um dos fluidos escoa pelo tubo interno e o outro pela parte anular entre tubos, em uma direção de contra fluxo. Este é talvez o mais simples de todos os tipos de trocador de calor pela fácil manutenção envolvida,por isso é geralmente usado em aplicações de pequenas capacidades.
Trocador de calor em serpentina:
Este tipo de trocador consiste em uma ou mais serpentinas ordenadas em uma carcaça. Uma grande superfície pode ser acomodada em um determinado espaço utilizando as serpentinas, as expansões térmicas não são nenhum problema, mas a limpeza é muito problemática.
Trocadores de calor tipo placa:
Este tipo de trocador é construído com placas planas lisas ou com alguma forma de ondulações. Geralmente, este trocador não pode suportar pressões muito altas, comparado ao trocador tubular equivalente, são trocadores de calor tipo compactos. A razão entre a área de superfície de transferência de calor e o volume do trocador é maior que 700 m2/m3.
Exemplo: radiadores de automóveis
Objetivo do Experimento
Verificar que o calor pode ser utilizado para a realização de trabalho mecânico. 
Utilizando água à temperatura elevada que entra em ebulição e se transforma em vapor. Se a experiência for feita num recipiente fechado, o vapor formado deverá aumentar de volume e não podendo dilatar-se livremente, adquire força expansiva acionando um sistema mecânico, que fará a hélice girar.
Desenvolvimento teórico
Dois séculos após o surgimento das locomotivas a vapor, a utilização de gases para movimentar veículos volta a ser explorada, desta vez de uma maneira muito mais eficiente. Nada de caldeiras enormes com um compartimento de combustão rudimentar para aquecer a água, estes carros são movidos a vapor de gasolina e atingem resultados impressionantes com motores similares ao do seu automóvel. Performance de um verdadeiro exótico com consumo de quase 40 km/l e taxa de emissão de poluentes baixíssima já não se trata mais de um sonho, carros assim já podem ser vistos em ruas canadenses.
Quando um condutor opta por adquirir um veículo econômico, a performance limitada do veículo dificilmente será motivo de orgulho. Já quando a opção é um veículo de alta performance, o carro se torna um símbolo de status e prazer para o condutor, mas com grande peso em seu bolso. A ideia de unir um novo padrão de economia a um veículo potente e estável impulsionou a FVT (Fuel Vapor Technologies) à criação do primeiro carro movido a combustível vaporizado, o Ale.
Trocadores de Calor
De maneira simples, o trocador de calor é um mecanismo que poderá transferir o calor de um lugar para o outro, onde possui total capacidade de aquecer ou resfriar um local, produtoou matéria-prima, tendo como principal função trocar as temperaturas. Os modelos de trocadores de calor são equipamentos muito usados para substituir o calor de um fluido para outro, nestes tipos de trocadores de calor cada um dos líquidos pode escoar por lados opostos de cada uma das placas onde não se misturam entre si. Os líquidos são expostos a uma grande área de troca térmica muito grande, resultando em trocadores de calor muito compactos e com muita eficiência.
Propriedades Básicas do Aquecimento a Vapor
Quando considerado do ponto de vista de um meio de calor, o vapor apresenta propriedades superiores não oferecidas por outros meios de calor. Entre elas, as duas a seguir são as de mais destaque:
Proporciona aquecimento uniforme
Proporciona aquecimento rápido
Neste artigo, abordaremos estas propriedades a partir do ponto de vista da transferência térmica.
Como o vapor fornece aquecimento estável e uniforme
No caso do vapor saturado, se a pressão do vapor for conhecida, então a temperatura do vapor poderá ser determinada. A pressão muda instantaneamente dentro do espaço. Quando o vapor saturado é condensado, isto ocorre à temperatura de saturação, e a água saturada (condensado) formada tem a mesma temperatura do vapor saturado. Isto significa que se a pressão na superfície de transferência térmica (a jaqueta ou o interior espiral dos equipamentos) for mantida constante, poderá ocorrer aquecimento contínuo com a mesma temperatura em todas as partes da superfície de transferência térmica.
Velocidade de aquecimento
A quantidade de transferência térmica é indicada pelo coeficiente transferência térmica (= coeficiente de filme ou transferência térmica).
As unidades são em [W/m² K].
W = J/seg., então se ocorrer troca de calor na mesma área de superfície da transferência térmica e com a mesma diferença de temperatura, quanto maior for a taxa de transferência térmica menor será o tempo necessário para o aquecimento.
Os valores aproximados para as taxas de transferência térmica de água quente e vapor são os seguintes:
A taxa com que o calor é transferido para a superfície de transferência térmica de um trocador de calor usando água quente como fonte de calor:
1000 – 6000 [W/m² K]
A taxa com que o calor é transferido para a superfície de transferência térmica de um trocador de calor usando vapor como fonte de calor:
6000 – 15000 [W/m² K]
Em situações reais de aquecimento, o processo de transferência térmica será uma combinação do mecanismo de transferência térmica dentro das paredes do trocador de calor e o mecanismo de transferência térmica da superfície da parede do trocador de calor para o produto sendo aquecido. As avaliações do aquecimento devem usar um coeficiente geral de transferência térmica [W/m² K] para indicar esta combinação. Este coeficiente varia muito de trocador de calor para trocador de calor, mas ainda assim, o aquecimento a vapor apresenta números 1,5 – 2 vezes maiores que aqueles do aquecimento por água quente.
Etapas da construção
Após o estudo e analises de preços dos materiais necessários para o projeto, realizamos as compras.
No inicio do projeto, tudo de metal de 150 mm de diâmetro e 5 mm de parede, por 300 mm de comprimento foi furado para colocar os registro de bola, o manômetro e a válvula de escape. Seguindo os procedimentos, cortamos duas chapas de metal de espessura 5 mm com o diâmetro do tubo, depois furamos uma delas para colocar as duas válvulas de escape. Soldamos primeiramente as duas chapas no tubo, colocamos o manômetro, registros e válvulas (escape e segurança), após esse processo enchemos o trocador de calor com água e esperamos para ver se havia algum vazamento, constou um vazamento com isso limpamos o local onde foi detectado o vazamento, lixamos e soldamos mais uma camada da parte de onde se encontrava o vazamento.
Logo depois fomos fazer a parte onde será colocar o calor, nessa parte utilizamos uma viga em U com 45 mm de comprimento e uma chaminé acoplada a essa viga, soldamos o trocador de calor na viga e a cortamos em baixo para colocar um fogareiro a gás. Colocamos nosso trocador de calor para gerar uma energia mecânica, acoplando a ele uma hélice de um pequeno ventilador, onde o eixo da hélice foi fixado no trocador de calor, o vapor emitido passara por essa hélice e fará com que ela crie um movimento mecânico, assim cumprindo as exigências, que é a produção de energia mecânica por meio de energia térmica, no nosso caso o vapor.
 
Planilha de custos
	
	Quantidade (un)
	Valor (R$)
	Manômetro 
	1
	65,00
	Registro esfera 1/4
	2
	17,20
	Niple metal (B) 1/4
	2
	 5,60
	Espigão macho
	1
	 2,00
	Mangueira 0.5m
	1
	 1,36
	Fogareiro
	1
	16,90
	Bico da mangueira
	1
	 1,50
	Adaptador com rosca
	1
	 0,70
	Arruela
	1
	 0,30
	Registro
	1
	 8,55
	Barras e tubos
	X
	50,00
	Gás do botijãozinho
	X
	25,00
	Válvula de segurança
	2
	 3,00
	Válvula de escape de Panela de pressão
	1
	18,00
	
	
	
	Valor Total
	
	215,11
Conclusões
Com o trabalho sobre protótipo movido a vapor, conseguimos colocar em prática conceitos de termodinâmica aprendidos em sala de aula, foi possível uma compreensão melhor do tema a respeito.No trabalho foi visto que o combustível é gerado por um sistema de resistência elétrica numa caldeira onde o calor da combustão é utilizado para produzir o vapor d’água, este vapor gerado é acumulado sobre pressão em um reservatório sendo liberado pela válvula de saída e direcionado a roda propulsora onde irá transformar a energia térmica em energia mecânica, proporcionando a movimentação da hélice. 
Bibliografias 
https://www.tecmundo.com.br/energia/2688-car-tech-carro-a-vapor.htm
https://pt.slideshare.net/tatybdiniz/trabalho-trocadores-de-calor
https://wikipedia.org
http://engenhaanhanguera.blogspot.com.br/2012_06_01_archive.html 
http://fisicaequimica2011.blogspot.com.br/2011/02/revisoes-fisica-10-ano.html 
http://www.industrialconsult.com.br/vapor.pdf
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