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LICENCIATURA EM ENGENHARIA QUÍMICA E BIOLÓGICA-3ºANO/ SEMESTRE II
RELATÓRIO 03: TRANSFERÊNCIA DE CALOR NUMA SERPENTINA IMERSA NUM BANHO FRIO
Docente:
· Ângela Semedo
· Fábio Alves
 Docente:
Mestre António Gomes
Praia, 28 de Maio de 2021
1
1. RESUMO
Esta experiência tem como objetivo determinar experimentalmente o coeficiente global de transferência de calor (U0) numa serpentina de cobre imersa num banho gelado, em função do caudal de fluido que circula no seu interior, utilizando o método logaritmo médio para diferentes temperaturas do banho numa serpentina sem isolante. 
Por estar perante um permutador de calor, então é esperado que a temperatura do fluido à saída seja menor que a temperatura de entrada. Relativamente aos resultados obtidos o calor foi negativo, isto foi devido a uma pequena perda de calor por parte do fluido dentro da serpentina.
Conclui-se que o coeficiente de transferência de calor (U0) depende fortemente do caudal mássico, pois este varia com o aumento do caudal, pois são diretamente proporcionais.
Índice
1.	RESUMO	2
2.	MATERIAIS E MÉTODOS	4
2.1	Materiais	4
2.2	Metodologia	4
3.	RESULTADO E DISCUSSÃO	5
4.	CONCLUSÃO	7
5.	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	8
6.	ANEXO	9
6.1	Exemplo de cálculo	9
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1 Materiais
4
· Funil de Vidro;
· 2 Termómetros;
· Gelo;
· Água;
· Serpentina helicoidal;
· 2 Banheira;
· Reservatório;
· Mangueira.
9
	
2.2 Metodologia 
Primeiramente encheu-se o reservatório com água até o nível 1 e mediu-se a sua temperatura inicial, logo depois adicionou-se gelo numa banheira com água numa temperatura controlada á 3.6ºC, de seguida mergulhou-se a serpentina na mesma até estar submerso, abriu-se a torneira e mediu-se a temperatura do banho e da saída na mangueira para cada nível de caudal volumétrico. 
Repetiu-se os procedimentos em triplicado. 
3. RESULTADO E DISCUSSÃO
A serpentina é formada por um tubo cilíndrico dentro do qual escoa o fluido (água) que troca calor com o outro fluido (água gelada) presente num reservatório. 
De acordo com alguns conhecimentos teóricos sobre permutadores de calor, quando mergulhado exclusivamente num banho frio, a temperatura do fluido (neste caso á água) que circula no interior do permutador sai a uma temperatura inferior à de entrada, o que nos permitiu verificar que ocorreu a transferência de calor do fluido à temperatura ambiente para temperatura gelada. A transferência acontece devido ao movimento do fluido, logo constatou-se que se trata de uma transferência de calor por convecção. 
Os dados dos caudais que foram obtidos a partir da avaliação da quantidade da água acumulada no recipiente e do tempo gasto para esse acumulo estão apresentados na tabela 1. 
	Níveis
	Caudal volumétrica
(m^3/s)
	Caudal mássico
(Kg/s)
	1º a 2º
	1,76357*10-5
	0,017635659
	2º a 3º
	1,0658*10-5
	0,010657966
	3º a 4º
	4,73647*10-6
	0,004736467
	4º a 5º
	5,79038*10-6
	0,005790378
	5º a 6º
	2,78646*10-6
	0,002786458
Tabela 1: Caudais volumétricos e mássicos
Os caudais saíram quase a mesma temperatura de entrada, e com o decorrer do tempo a temperatura de saída estabilizou-se, devido ao equilíbrio entre a temperatura dentro do tanque e a temperatura ambiente (25,6ºC).
A tabela 2 seque-se os valores de calor e coeficiente de transferência de calor calculados na 3º réplica
	Níveis
	Calor
(W)
	U0 (W/m2.ºC)
	1º a 2º
	-243,725
	294,429229
	2º a 3º
	-165,108
	216,88796323
	3º a 4º
	-73,3671
	98,78918622
	4º a 5º
	-96,9518
	137,8794555
	5º a 6º
	-52,3176
	76,70534389
Tabela 2: Calor e Coeficiente de Transferência de Calor
Com o aumento do caudal volumétrico ocorreu também um aumento do coeficiente de transferência de calor, pois estes variam-se na proporção direta. Também com o aumento da média logarítmica da diferença de temperatura (ΔTlm) ocorreu uma diminuição do coeficiente de transferência de calor, tendo em conta que variam na proporção inversa. Nesse caso, verificou-se uma perda de calor, o que proporcionou valores negativos ao calor, isso porque ocorreu um choque térmico entre a água que entra pela serpentina e o banho de gelo, o que faz com que a temperatura diminua rapidamente e o calor decresça. 
Gráfico1: variação do coeficiente de transferência de calor com o Caudal volumétrico
4. CONCLUSÃO
Este trabalho permitiu-nos avaliar o comportamento do coeficiente global de calor numa serpentina imersa num banho de gelo , no qual é alimentada continuamente com um fluxo de água corrente à temperatura ambiente (temperatura de entrada). Percebeu-se que ocorre transferência de calor por convecção devido ao movimento do fluido e também perda de calor por causa da diminuição da temperatura. 
O uso de média logarítmica da diferença de temperatura foi essencial, pois neste caso ocorre variações nos valores de temperatura à cada nível de caudal volumétrico. 
Quanto ao coeficiente global de calor, percebeu-se que este varia com dois parâmetros, o calor e a média logarítmica de temperatura, porém na sua equação empírica (no anexo) usou-se o módulo, logo os valores negativos de calor e ΔTlm se tornam positivos. Pela equação e de acordo com os cálculos, notou-se que quanto maior for o calor, mais alto será o coeficiente global de transferência de calor e quanto maior for ΔTlm, menor será o resultado deste coeficiente. 
No geral, os resultados estão satisfatórios, apesar das pequenas diferenças de valores entre as réplicas, pois não se iniciou à mesma temperatura de entrada e a serpentina não estava com o mesmo nível de imersão entre os ensaios, o que pode ter ocasionado alguns resultados dispersos, ainda assim dentro do esperado. 
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
· Felder, R. M., & Rousseau, R. W. (s.d.). Princípios elementares dos processos químicos. LTG: 3ªedição. 
· Incropera, & Wiit. Fundamentos de Transferência de calor e massa. Rio de Janeiro: LTC: 6ªedição, 2008.
6. ANEXO 
6.1 Exemplo de cálculo
	Volume médio (m3)
	0,00182
	Tempo (s)
	103,2
	Densidade da água (Kg/m3)
	1000
	Temperatura de saída, ts (ºC)
	23,7
	Temperatura de entrada, te (ºC)
	27
	Temperatura de banho, tb (ºC)
	3,1
	Diâmetro (m)
	0,0065
	Comprimento (m)
	1,82
	Área (m)
	0,037146
Tabela 3: Dados auxiliares da 3ª replica do nível 1 a 2 
Objetivo: obter o valor do coeficiente global de transferência de calor (U) para a 3ª réplica, do nível 1 à 2 de água. 
Passo 1: calcular o caudal volumétrico
Passo 2: calcular o caudal mássico
Passo 3: calcular o calor 
Geralmente, a capacidade calorífica (cp) encontra-se tabelado, mas para a temperatura de 13,4 não se tem o valor, então fez-se uma interpolação entre 10ºC a 15ºC. 
Tendo Cp é possível calcular o calor.
Passo 4: determinar a área da serpentina.
Passo 5: Calcular o valor de ln
Passo 6: calcular o valor do coeficiente global de calor (U0)
3ºReplica: Coeficiente global de tranferência de calor Vs Caudal Volumétrico 
1.7635700000000001E-5	1.0658E-5	4.7364699999999999E-6	5.7903799999999999E-6	2.7864600000000001E-6	295.429228961533	216.87963234650601	98.789186224751205	137.87945552606499	76.705343889050894	
/s
m
 
10
763
,
1
2
,
103
00182
,
0
t
v
3
5
-
´
=
=
Û
=
V
v
Kg/s
 
01763
,
0
10
763
,
1
1000
5
=
´
´
=
Û
´
=
-
m
v
m
r
C
º
 
4
,
13
2
1
,
3
7
,
23
2
 
).
(
 
filme
 
de
 
ra
 temperatu
a
 
com
 
obtido
 
é
 
)
(
=
+
=
Û
+
=
-
=
D
D
´
´
=
f
b
s
f
f
e
s
T
T
T
T
T
Cp
T
T
T
T
cp
m
q
(
)
(
)
J/KgK
 
4185
 
:
C
15º
 
a
 
cp
 
-
J/KgK
 
4194
 
:
C
10º
 
a
 
cp
 
-
 
 
.
pretendido
 
cp
 
-
 
C
º
 
15
 
-
C
º
 
10
 
-
C
º
 
13,4
 
:
filme
 
de
 
ra
 temperatu
-
J/KgK
 
88
,
4187
)
10
4
,
13
(
10
-
15
4194
4185
4194
)
(
2
1
2
1
1
1
2
1
2
1
y
y
y
x
x
x
y
x
x
x
x
y
y
y
y
=
-
´
-
+
=
Û
-
´
-
-
+
=
 W
J/s
 
J/s
 
6466
,
243
)
7
,
23
27
(
88
,
4187
01763
,
0
=
-
=
-
´
´
=
q
2
m
 
0371
,
0
82
,
1
0065
,
0
14
,
3
=
´
´
Û
=
DL
A
o
p
T
D
(
)
(
)
(
)
(
)
C
º
 
209
,
22
27
1
,
3
7
,
23
1
,
3
27
1
,
3
7
,
23
1
,
3
T
T
ln 
ln
-
=
÷
ø
ö
ç
è
æ
-
-
-
-
-
=
D
=
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
-
-
-
-
-
=
D
Ln
TT
T
T
Ln
T
T
T
T
e
b
s
b
e
b
s
b
C
º
 W/m
704
,
295
)
209
,
22
(
0371
,
0
6466
,
243
2
ln
ln
=
-
´
=
D
´
=
Û
D
´
´
=
o
o
o
o
o
U
T
A
q
U
T
A
U
q