Coef de transf de calor em dutos circulares

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Universidade Estadual de Maringá
Centro de Tecnologia
Departamento de Engenharia Química
LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA I
Prática nº 12
COEFICIENTES DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR EM DUTOS CIRCULARES.
1. Objetivo
O objetivo deste trabalho é determinar o coeficiente de transferência de calor em tubos circulares.
Para a avaliação deste coeficiente serão utilizados dois trocadores de calor bitubulares, com diâmetro dos
tubos diferentes.
2. Fundamentos Teóricos
Os trocadores de calor bitubulares são equipamentos de troca térmica utilizados quando se
necessita trocar pequenas quantidades de calor. O dimensionamento destes equipamentos consiste na
determinação da área de troca térmica, para tanto necessita-se conhecer o valor do coeficiente de
tansferência de calor. A determinação deste coeficiente se faz através da utilização de correlações semi-
empíricas obtidas da literatura ou através de medidas experimentais. Entre as correlações mais utilizadas
destacam-se as equações de Sieder-Tate.
Balanço de energia: Q = w.c.(t2 - t1) = W.hlv
Coeficiente de troca térmica: hio = Q / A.(LMTD)
Os valores de hio são calculados pelas equações 6.1 e 6.2 à página 76 do KERN1.(Equações de
Sieder e Tate) e comparados com os valores determinados experimentalmente.
3. Materiais
Trocadores de calor bitubulares
Termômetros de mercúrio
Bomba centrífuga
Caixa de água
Cronômetro
Balança de prato superior
Balde ou recipiente de volume conhecido
4. Montagem
O conjunto de Trocadores bitubulares está instalado em um painel e deverá ser operado pelos
alunos de modo a se determinar as temperaturas de entrada e saída da água e do vapor e a vazão da água
através do método de pesagem direta em balança, no caso da vazão mássica, ou da medida do volume no
caso da vazão volumétrica.
5. Procedimento Experimental
Após ser posto o módulo em operação os alunos deverão proceder as medidas, variando a vazão de
água, por meio das respectivas válvulas, tendo o cuidado de não dar partida na bomba com as válvulas
fechadas, bem como só abrir as válvulas de vapor depois de abrir as válvulas de água.
Com os dados obtidos das leituras efetuadas nos diversos termômetros e das determinações das
vazões de água, serão calculados os valores dos coeficientes troca térmica.
Para cada trocador deverão ser utilizadas no mínimo três vazões de água.
A leituras só deverão ser efetuadas após o sistema atingir o regime estacionário, isto é,
temperaturas e vazões constantes.
Para uma dada vazão de água, a vazão do vapor deve ser tal que as temperaturas de saída da água
não ultrapasse 70 oC.
A água na caixa deve ser mantida em um nível razoavelmente constante durante todas as medidas
através de uma bóia.
6. Características dos Trocadores
Tubo Externo: Diâmetro nominal Nº de Escala 80 IPS.
Características Trocador "A" Trocador "B"
Material aço doce aço doce
Diâmetro 2 in 2 in
Comprimento 1 m 1 m
Tubo Interno
Características Trocador "A" Trocador "B"
Material Cobre Cobre
BWG 16 16
Diâmetro Interno 0,245 in 0,370 in
Diâmetro Externo 3/8 in 1/2 in
Comprimento de teste 1 m 1 m
Para cumprir o objetivo do experimento deverão ser efetuadas várias medidas experimentais,
variando-se as vazões e as temperaturas e para cada situação deverá ser calculado:
O valor experimental do coeficiente de película, o valor previsto pela equação de Sieder-Tate e o
desvio percentual entre o previsto e o determinado experimentalmente.
Os dados obtidos devem ser registrados em uma tabela como a que se encontra em anexo.
Nomenclatura
A = Área de transferência de calor.
Q = Fluxo de calor (Kg/h)
t1 = Temperatura da água na entrada do trocador (oC)
t2 = Temperatura da água na saída do trocador (oC)
tm = Temperatura média da água (oC)
T1 = Temperatura do vapor na entrada do trocador (oC)
T2 = Temperatura do vapor na saída do trocador (oC)
tp = Temperatura da parede interna do tubo (oC)
W = Vazão do vapor (Kg/h)
w = Vazão da água (kg/h)
hlv = Calor latente de vaporização
MLTD = Média logarítimica das temperaturas (oC)
L = Comprimento de um tubo (m)
h10 = Coeficiente de transferência de calor experimental
hi = Coeficiente de transferência de calor da superfície interna do tubo (eq. de Sieder-Tate)
cp = Calor específico da água.
k = Condutividade térmica do líquido
Pr = Número de Prandtl
Re = Número de Reynolds
Bibliografia
1. KERN, DONALD Q. - Processos de Transmissão de Calor; Rio de Janeiro, Ed. Guanabara Dois, 1982.
2. KREITH, FRANK. - Princípios da Transmissão de Calor; São Paulo, Edgard Blücher, 1977.
TABELA DE DADOS E RESULTADOS
T R O C A D O R
ESPECIFICAÇÃO A A A B B B
w
t1
t2
tm
T1
T2
Pr
k
cp
Re
hio
hi
Desvio %