Trocador de Calor Bitubular - PUC-MG

1 PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Engenharia Mecânica – inha !e "#r$a%&# e$ Meca'r(nica Di)ci*ina+ La,#ra'-ri# !e Si)'e$a) T.r$ic#)

Pe!r# /enri0e M#reira A2a2i

ANÁLISE DE UM TROCADOR DE CALOR C ALOR BITUBULAR ÁGUA-ÁGUA OPERANDO EM CONTRA-CORRENTES E EM CORRENTES PARALELAS

3e# /#ri4#n'e 5617

Pe!r# /enri0e M#reira A2a2i

ANÁLISE DE UM TROCADOR DE CALOR C ALOR BITUBULAR ÁGUA-ÁGUA OPERANDO EM CONTRA-CORRENTES E EM CORRENTES PARALELAS

Tra,ah# a*re)en'a!# 8 !i)ci*ina La,#ra'-ri# !e Si)'e$a) T.r$ic#) !# cr)# !e Engenharia Mecâ Mecâni nica ca c#$ c#$ 9n"a 9n"a)e )e e$ Meca Meca'r 'r(n (nic ica a !a P#n' P#n'i"i":c :cia ia Uni; Uni;er er)i )i!a !a!e !e Ca'Ca'-ic ica a !e Mina Mina)) Gerai)<

Pr#"e))#r+ M=rci# Ara>?# Pe))(a

3e# /#ri4#n'e 5617

Pe!r# /enri0e M#reira A2a2i

ANÁLISE DE UM TROCADOR DE CALOR C ALOR BITUBULAR ÁGUA-ÁGUA OPERANDO EM CONTRA-CORRENTES E EM CORRENTES PARALELAS

Tra,ah# a*re)en'a!# 8 !i)ci*ina La,#ra'-ri# !e Si)'e$a) T.r$ic#) !# cr)# !e Engenharia Mecâ Mecâni nica ca c#$ c#$ 9n"a 9n"a)e )e e$ Meca Meca'r 'r(n (nic ica a !a P#n' P#n'i"i":c :cia ia Uni; Uni;er er)i )i!a !a!e !e Ca'Ca'-ic ica a !e Mina Mina)) Gerai)<

Pr#"e))#r+ M=rci# Ara>?# Pe))(a

3e# /#ri4#n'e 5617

RESUMO E)'e 'ra,ah# "#i "ei'# c#$# $ rea'-ri# *ara a !i)ci*ina+ @La,#ra'-ri# !e Si)' Si)'e$ e$a) a) T.r$ T.r$ic ic#) #)B B e$ 0e 0e #) an an#) #) !e;e !e;e$ $ e* e*ic icar ar # "nc "nci# i#na na$e $en' n'# # !a 'ran)"er9ncia !e ca#r e$ $ )i)'e$a ,i',ar =ga=ga #*eran!# e$ c#n'ra c#rren'e) e e$ c#rren'e) *araea)< Paa;r Paa;ra) a)cha cha;e ;e++ 'ran)" 'ran)"er9 er9nc ncia ia !e ca#r ca#rBB )i)'e$ )i)'e$a a ,i', ,i',ar arBB ',a ',a%e %e)B )B c#n'ra c#n'ra c#rren'eB c#rren'e) *araea)<

LISTA DE FIGURAS Figra 1  Tr#ca!#r !e Ca#r ca)c# e ',#) c#$ $ *a))e n# ca)c# e $ *a))e n#) ',#) c#n'rac#rren'e<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<
LISTA DE TABELAS Ta,ea 1  Va4e) $=))ica)  #*era%&# e$ c#rren'e) *araea)<<<<<<<<<<<<<< <<<<<<<<<<<<<<<<<5 Ta,ea 5  Te$*era'ra)  #*era%&# e$ c#rren'e) *araea)<<<<<<<<<<<<<<<< <<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<5 Ta,ea   Va4e) $=))ica)  #*era%&# e$ c#n'rac#rren'e)<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< <<<5 Ta,ea J  Te$*era'ra)  #*era%&# e$ c#n'rac#rren'e)<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<< <<5

SUMÁRIO 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.................................................................................7 1.1 Tipos d !"o#$do"s d #$%o"...............................................................................7 1.1.1 Classificação quanto à utilização....................................................................7  1.1.2 Classificação quanto à forma construtiva......................................................8 

1.& C'%#(%o d () T"o#$do" d C$%o"......................................................................1* 1.+ Di),sio,$),!o T")i#o d T"o#$do"s d C$%o"  DTML........................&/ 1.0 Coi#i,! 2%o3$% d !"$,s"4,#i$ d #$%o"...................................................&1 & OB5ETI6O...............................................................................................................&0 + METODOLOGIA......................................................................................................& +.1 M$!"i$is...............................................................................................................& +.& D$dos....................................................................................................................&8 0 PROCEDIMENTO E9PERIMENTAL.......................................................................&7  TRATAMENTO DOS DADOS..................................................................................&: 8 ANÁLISE DE RESULTADOS..................................................................................+/ 7 CONCLUSÃO..........................................................................................................+1 : BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................+& 1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Fn!a$en'a%&# 'e-rica nece))=ria *ara # !e)en;#;i$en'# !# e*eri$en'#+ Ti*#) !e 'r#ca!#r !e ca#r C#e"icien'e g#,a !e 'ran)"er9ncia !e ca#r M.'#!# !a M.!ia L#gar:'$ica !a) Di"eren%a) !e Te$*era'ra) DTML M.'#!# !a E"e'i;i!a!e  – NUT<

1.1 Tipos d !"o#$do"s d #$%o"

1.1.1 Classificação quanto à utilização

O) 'r#ca!#re) !e ca#r )&# !e)igna!#) *#r 'er$#) c#rre)*#n!en'e) 8) $#!i"ica%e) 0e reai4a$ na) c#n!i%e) !e 'e$*era'ra # e)'a!# ":)ic# !# "i!# !e *r#ce))#< N# ca)# !e # e0i*a$en'# #*erar c#$ !#i) "i!#) !e *r#ce))#B *re;aeceB )e *#)):;eB a !e)igna%&# c#rre)*#n!en'e a# )er;i%# $ai) i$*#r'an'e<  A'ra;.) !e)'e cri'.ri#B #) 'r#ca!#re) !e ca#r )&# ca))i"ica!#) c#$#+  – re)"ria!#r c##er – re)"ria $ :0i!# # g=) *#r $ei# !e =gaB ar # )a$#ra  – re"rigera!#r chier – re)"ria 'a$,.$ $ "i!# !e *r#ce))# a'ra;.) !a e;a*#ra%&# !e $ "i!# re"rigeran'eB c#$# a$(niaB *r#*an# # hi!r#car,#ne'#) c#r#"#ra!#)  – c#n!en)a!#r c#n!en)er – re'ira ca#r !e $ ;a*#r a'. a )a c#n!en)a%&# *arcia # '#'aB *#!en!# inc)i;e ),re)"riar $ :0i!# c#n!en)a!#< O 'er$# @c#n!en)a!#r !e )*er":cieB a*ica)e a# c#n!en)a!#r !e ;a*#r ea)'# !e 'r,ina) e $=0ina) !e cic#) '.r$ic#)  – A0ece!#r hea'er – a0ece # "i!# !e *r#ce))#B 'ii4an!#B e$ geraB ;a*#r !Q=ga # "i!# '.r$ic#  – Va*#ri4a!#r ;a*#ri4er – ce!e ca#r a# "i!# !e *r#ce))#B ;a*#ri4an!## '#'a # *arcia$en'e a'ra;.) !e circa%&# na'ra # "#r%a!a< O 'er$# @re"er;e!#r re,#ier a*ica)e a# ;a*#ri4a!#r 0e #*era c#nec'a!# a $a '#rre !e *r#ce))#B ;a*#ri4an!# # "i!# *r#ce))a!#< O 'er$# @gera!#r !e ;a*#r )'ea$ genera'#r a*ica)e a# ;a*#ri4a!#r 0e gera ;a*#r !Q=gaB a*r#;ei'an!# ca#r ece!en'e !e $ "i!# !e *r#ce))#  – E;a*#ra!#r e;a*#ra'#r – *r#$#;e c#ncen'ra%&# !e $a )#%&# *ea e;a*#ra%&# !# :0i!#B !e $en#r *#n'# !e e,i%&#<

1.1.2 Classificação quanto à forma construtiva

 – Tr#ca!#re) 'i*# ca)c# e ',# )he an! ',e – E0i*a$en'#) c#n)'i':!#) ,a)ica$en'e *#r $ "eie !e ',#) en;#;i!#) *#r $ ca)c#B n#r$a$en'e ci:n!ric#B circan!# $ !#) "i!#) e'erna$en'e a# "eie e # #'r# *e# in'eri#r !#) ',#)< O) c#$*#nen'e) *rinci*ai) !#) 'r#ca!#re) 'i*# ca)c# e ',# )&# re*re)en'a!#) *e# ca,e%#'e !e en'ra!aB ca)c#B "eie !e ',#) e ca,e%#'e !e re'#rn# # )a:!a<  – Tr#ca!#re) e)*eciai) – E$ "ace !a) in>$era) a*ica%e) e)*ec:"ica) !#) 'r#ca!#re) !e ca#rB )&# enc#n'ra!a) ;=ria) "#r$a) c#n)'r'i;a) 0e n&# )e en0a!ra$ na) carac'eri4a%e) c#$n) ca)c# e ',#B ',# !*#B )er*en'inaB 'r#ca!#r !e *aca)B re)"ria!#re) !e arB r#'a'i;#) regenera'i;#)B ec#n#$i4a!#re)B e'c< Para e)'e) 'i*#)B . a'ri,:!a a ca))i"ica%&# !e @ESPECIAISB !a!a a )a *eciari!a!e !e c#n)'r%&#B e$ !ec#rr9ncia !a a*ica%&#<

Fi2("$ 1 - T"o#$do" d C$%o" #$s#o  !(3os #o) () p$ss ,o #$s#o  () p$ss ,os !(3os ;#o,!"$-#o"",!<.

Fi2("$ &- T"o#$do" d #$%o" d #$s#o  !(3os

Fi2("$ +  T"o#$do" d #$%o" #$s#o  !(3os #o) () p$ss ,o #$s#o  () p$ss ,os !(3os ;#o,!"$-#o"",!<

O 'i*# $ai) c#$$ !e 'r#ca!#r !e ca#r . $#)'ra!# a,ai#+

Fi2("$ 0  Di$2"$)$ d () !"o#$do" d #$%o" #o,!"$-#o"",! 3i!(3(%$" 

C#n)'a !e $ ',#B *#)ici#na!# c#ncen'rica$en'e a #'r# ',# 0e "#r$a a carca%a !e 'a arran?#< U$ !#) "i!#) e)c#a !en'r# !# ',# in'ern# e #'r# a'ra;.) !# e)*a%# anar en're #) !#i) ',#)B $a ;e4 0e a$,a) a) c#rren'e) !e "i!#) a'ra;e))a$ # 'r#ca!#r a*ena) $a ;e4B cha$a$#) 'a arran?# !e 'r#ca!#r !e ca#r  !e *a))#)i$*e)< Se a$,#) #) "i!#) e)c#a$ na $e)$a !ire%&#B # 'r#ca!#r . cha$a!# !# 'i*# c#rren'e) *araea) )e #) "i!#) )e $#;e$ e$ !ire%e) #*#)'a)B # 'r#ca!#r . !# 'i*# c#rren'e) #*#)'a)< A !i"eren%a !e 'e$*era'ra en're # "i!# 0en'e e # "ri#B e$ gera ;aria a# #ng# !# ',# eB a ra4&# !e 'ran)"er9ncia !e ca#r  ;ariar= !e )e%&# *ara )e%&#< Para !e'er$inar a ra4&# !e 'ran)"er9ncia !e ca#r  !e;e)e )arB !e)'a "#r$aB $a !i"eren%a !e 'e$*era'ra $.!ia a*r#*ria!a< an!# #) !#i) "i!#) 0e e)c#a$ a# #ng# !a )*er":cie !e 'r#ca !e ca#r  )e $#;e$ c#$ âng#) re'#) en're )iB # 'r#ca!#r !e ca#r . !en#$ina!# !# 'i*# c#rren'e) cr4a!a)< Tr9) arran?#) !i)'in'#)B !e)'e 'i*# !e 'r#ca!#r )&# *#)):;ei)+ Ca)# 1 – ca!a $ !#) "i!#) n&# )e $i)'ra$ a# *a))ar a'ra;.) !# 'r#ca!#r  eB !e)'a "#r$aB a) 'e$*era'ra) !#) "i!#) na )a:!a !# 'r#ca!#r n&# )&# ni"#r$e)B a*re)en'an!#)e $ai) 0en'e e$ $ a!# !# 0e n# #'r#< O a0ece!#r !# 'i*# *aca *anaB *r#?e'a!# *ara )er 'ii4a!# c#$# regenera!#rB 'ii4an!# a energia !#) ga)e) !e !e)carga !e $a 'r,ina # $ ra!ia!#r !e a'#$-;eB a*r#i$a)e !e)'e 'i*# !e 'r#ca!#rB e # ;e$#) a,ai#<

Fi2("$   T"o#$do" !ipo p%$#$

Ca)# 5 – $ !#) "i!#) n&# )e $i)'ra e #'r# . *er"ei'a$en'e $i)'ra!# a# a'ra;e))ar # 'r#ca!#r< A 'e$*era'ra !# "i!# $i)'ra!# )er= ni"#r$e e$ ca!a )e%&# eB )#$en'e ;ariar= na !ire%&# !# e)c#a$en'#< U$ ee$*# !e)'e 'i*# . # a0ece!#r !e ar !e c#rren'e cr4a!aB $#)'ra!# e)0e$a'ica$en'e a,ai#< O ar 0e e)c#a a'ra;.) !e $a ,anca!a !e ',#) . $i)'ra!#B en0an'# 0e #) ga)e) n# in'eri#r !#) ',#) e)'&# c#n"ina!#) eB !e)'a "#r$aB n&# )e $i)'ra$<

Fi2("$ 8  A=(#do" d #o"",! #"(>$d$

Ca)#  – a$,#) #) "i!#) )&# $i)'ra!#) en0an'# e)c#a$ a'ra;.) !# 'r#ca!#rB i)'# .B a 'e$*era'ra !e a$,#) #) "i!#) )er= ni"#r$e a# #ng# !a )e%&# e ;ariar= a*ena) na !ire%&# !# e)c#a$en'#< Para a$en'ar a =rea !a )*er":cie !e 'r#ca !e ca#rB *#r ni!a!e !e ;#$eB a $ai#ria !#) 'r#ca!#re) !e ca#r c#$erciai) a*re)en'a $ai) !e $ *a))e a'ra;.) !#) ',#) eB # "i!# 0e e)c#a *#r "#ra !#) ',#)B . gia!# e$ 4ige4age *#r  $ei# !e !e"e'#re)< A Err#r+ Re"erence )#rce n#' "#n! $#)'ra a )e%&# 'ran);er)a !e $ 'r#ca!#r c#$ !#i) *a))e) !e ',#) e !e"e'#re) 'ran);er)ai) n# >nic# *a))e !# "i!# 0e e)c#a en're a carca%a e #) ',#)< O) !e"e'#re) )&# !# 'i*# !e )eg$en'#< E)'e e #'r#) 'i*#) !e !e"e'#re) e)'&# $#)'ra!#) na $e)$a "igra< E$ $ 'r#ca!#r !e ca#r c#$ !e"e'#re)B a c#n"igra%&# !# e)c#a$en'# !# a!# !a

carca%a . ,a)'an'e c#$*ea< C#$# )e ;9 *ea) )e'a)B *ar'e !# 'e$*# # e)c#a$en'# . *er*en!icar a# ',# e na #'ra *ar'e . *arae#< O 'r#ca!#rB i)'ra!# na Err#r+ Re"erence )#rce n#' "#n!B 'e$ a) *aca) !e ',#) "i#) e$ ca!a e're$i!a!e e a0ee) )&# )#!a!#) # e*an!i!#) na) *aca)< E)'e 'i*# !e c#n)'r%&# 'e$ $en#r c)'# iniciaB $a)B *#!e )er )a!# )#$en'e *ara *e0ena) !i"eren%a) !e 'e$*era'ra en're # "i!# 0en'e e # "ri# *#r0eB nenh$ *r#;i$en'# . "ei'# *ara e;i'ar a) 'en)e) '.r$ica) !e;i!# 8 e*an)&# !i"erencia en're #) ',#) e a carca%a< O'ra !e);an'age$ c#n)i)'e e$ re$#;er # "eie !e ',#) *ara a i$*e4a< E)'e) inc#n;enien'e) *#!e$ )er c#n'#rna!#) *ea $#!i"ica%&# !# *r#?e'# ,=)ic# c#n"#r$e $#)'ra a Err#r+ Re"erence )#rce n#' "#n!< Ne)'e arran?# $a *aca !e ',#) . "iaB $a) a #'ra . a*ara")a!a a $a 'a$*a "'an'e 0e *er$i'e # $#;i$en'# rea'i;# en're # "eie !e ',#) e a carca%a<

Fi2("$ 7  T"4s !ipos d d%!"o"s

Fi2("$ :  D!$%?s d () !"o#$do" d #$%o" 

O'r#) 'i*#) !e 'r#ca!#re) !e ca#r *ara :0i!#) e ga)e) )&# + T,#) !*# – )&# ))'a!#) a $i'# 'e$#B *rinci*a$en'e 0an!# a) ;e#ci!a!e) !e "# )&# ,aia) e a) "aia) !e 'e$*era'ra) )&# a'a)< E)'e) )eg$en'#) !e ',#) !*#) )&# ,e$ a!a*'a!#) a# *e0en# !iâ$e'r#B *#i) *#))i,ii'a$ # )# !e *e0en#) "ange) !e )e%e) c#$ *are!e) !ega!a)B e$ c#$*ara%&# c#$ # e0i*a$en'# c#n;enci#na $'i',a!#<

Fi2("$ *  T"o#$do" #$s#o  !(3o

Tr#ca!#re) c#$ ra)*age$ in'erna  e)'e 'i*# !e 'r#ca!#r 'e$ $ ee$en'# r#'a'i;# $ni!# !e â$ina) ra)*a!#ra) $#n'a!a) e$ $#a)B *ara ra)*age$ !a )*er":cie in'erna<

O) 'r#ca!#re) c#$ ra)*age$ in'erna )&# e))encia$en'e

c#n;enien'e) *ara a 'ran)"er9ncia !e ca#r c#$ cri)'ai4a%&#B # 'ran)"er9ncia !e ca#r e$ c#n!i%e) !e *e)a!a incr)'a%e) !a) )*er":cie) # a 'ran)"er9ncia !e ca#r e$ "i!#) $i'#) ;i)c#)#)< S&# )a!#)B *ara cri)'ai4a%&#B na) "=,rica) !e *ara"ina e na) "=,rica) *e'r#0:$ica)<

Fi2("$ 1/  T"o#$do" d #$%o" d "$sp$2) i,!",$

Per$'a!#r !# 'i*# *aca – c#n)i)'e e$ *aca) 0e )er;e$ c#$# )*er":cie) !e 'ran)"er9ncia !e ca#r e !e $a ar$a%&# 0e a) )*#r'a< A) cha*a) )&# "aci$en'e i$*a) e ),)'i':!a)< A =rea nece))=ria *#!e )er a'ingi!a *ea a!i%&# # ),'ra%&# !e cha*a)< O 'er$# @'r#ca!#r !e ca#r a *aca) e a )iga P/E  plate heat  exchanger  )&# n#r$a$en'e )a!#) *ara re*re)en'ar # 'i*# $ai) c#$$ !e

'r#ca!#r a *aca)+ # @'r#ca!#r !e ca#r a *aca) c#$ gae'a)  gasketed  plate heat  exchanger  #  plate and frame heat exchanger < En're'an'#B ei)'e$ ain!a #'r#)

'i*#) $en#) c#$n) !e 'r#ca!#re) a *aca)B c#$# # e)*ira # # !e a$ea< E$ '#!#) ee)B #) "i!#) e)c#a$ *#r e)'rei'#) canai) e 'r#ca$ ca#r a'ra;.) !e "ina) cha*a) $e'=ica)< Ne)'e ar'ig# )er&# a*re)en'a!#) #) 'r#ca!#re) a *aca) c#$ gae'a)B !e)'acan!# )a) *rinci*ai) carac'er:)'ica) !e c#n)'r%&# e !e #*era%&#<  Agn) ee$*#) !e P/E) )&# $#)'ra!#) na Err#r+ Re"erence )#rce n#' "#n!<

Fi2("$ 11  Di",!s )od%os d !"o#$do"s d #$%o" $ p%$#$s #o) 2$@!$s o( PEs ;AP6I,,ss<

O) P/E) "#ra$ in'r#!4i!#) c#$ercia$en'e na !.ca!a !e 6 *ara a'en!er  8) eig9ncia) !e higiene e i$*e4a !a) in!)'ria) ai$en':cia) e "ar$ac9'ica)B *#i) ee) *#!e$ )er "aci$en'e !e)$#n'a!#)B i$*#) e in)*eci#na!#)< En're'an'#B c#n':n#) a*er"ei%#a$en'#) 'ecn#-gic#) '#rnara$ # P/E $ "#r'e c#nc#rren'e a#) 'ra!ici#nai) 'r#ca!#re) !e ca)c#e',#) # !*#',# e$ ;=ria) #'ra) a*ica%e) in!)'riai)< A'a$en'e #) P/E) )&# e'en)a$en'e e$*rega!#) e$ !i;er)#) *r#ce))#) !e 'r#ca '.r$ica en're :0i!#) c#$ *re))e) e 'e$*era'ra) $#!era!a) a'. 1B7 MPa e 176 #C 0an!# )e !e)e?a a'a e"ici9ncia '.r$ica<

Fi2("$ 1&  E@)p%o d #o,i2("$o p$"$ () PE #o) ,o p%$#$s

1.& C'%#(%o d () T"o#$do" d C$%o"  O) *r#,e$a) !e *r#?e'#B an=i)e e # !e)en;#;i$en'# !e $ 'r#ca!#r !e ca#r *ara $a "inai!a!e e)*ec:"ica *#!e$ )er ca))i"ica!#) e$ !#i) gr*#) *rinci*a$en'e+ *r#,e$a !e *r#?e'# e *r#,e$a !e !e)e$*enh#< A )#%&# !e $ *r#,e$a . "acii'a!a *ea a!#%&# !# $.'#!# $ai) a!e0a!# a ee< O *r#,e$a !e *r#?e'# . # !a e)c#ha !# 'i*# a*r#*ria!# !e 'r#ca!#r !e ca#r  e # !a !e'er$ina%&# !a) )a) !i$en)e)B i)'# .B !a =rea )*er"icia !e 'ran)"er9ncia !e ca#r A nece))=ria *ara )e a'ingir a 'e$*era'ra !e )a:!a !e)e?a!a< A a!#%&# !# $.'#!# !a DTML . "acii'a!a *e# c#nheci$en'# !a) 'e$*era'ra) !e en'ra!a e )a:!a !#) "i!#) 0en'e) e "ri#)B *#i) en'&# DTML *#!e )er caca!a )e$ !i"ic!a!e< O'r# *r#,e$a . a0ee n# 0a )e c#nhece$ # 'i*# e a) !i$en)e) !# 'r#ca!#r e )e 0er !e'er$inar a 'aa !e 'ran)"er9ncia !e ca#r e a) 'e$*era'ra) !e )a:!a 0an!# "#re$ !a!a) a) ;a4e) !#) "i!#) e a) 'e$*era'ra) na en'ra!a< E$,#ra # $.'#!# !a DTML *#))a )er )a!# ne)'e c=c# !e !e)e$*enh# !# 'r#ca!#r !e ca#rB # *r#ce!i$en'# )eria 'e!i#)# e eigiria i'era%&#< I)'# *#!eria )er e;i'a!# c#$ a a*ica%&# !# $.'#!# !# NUT<  – M.'#!# !a DTML+ Para *re;er # *r#?e'ar # !e)e$*enh# !e $ 'r#ca!#r !e ca#rB . e))encia reaci#nar a 'aa g#,a !e 'ran)"er9ncia !e ca#r a gran!e4a) c#$# a) 'e$*era'ra) !e en'ra!a e !e )a:!aB # c#e"icien'e g#,a !e 'ran)"er9ncia !e ca#r e a =rea )*er"icia '#'a !a 'ran)"er9ncia !e ca#r<  – M.'#!# !# NUT+  )i$*e) # )# !# $.'#!# DTML *ara anai)ar $ 'r#ca!#r !e ca#r 0an!# a) 'e$*era'ra) !e en'ra!a !#) "i!#) )&# c#nheci!a) e a) 'e$*era'ra) !e )a:!a # )&# e)*eci"ica!a) # )e !e'er$ina$ c#$ "acii!a!e *ea) e*re))e) !# ,aan%# !e energia< Ma) 0an!# )e c#nhece$ )#$en'e a) 'e$*era'ra) !e en'ra!a e)'e $.'#!# eige $ *r#ce))# i'era'i;#< Ne)'e ca)# . *re"er:;e )ar #'ra a,#r!age$B # $.'#!# !en#$ina!# e"e'i;i!a!eNUT< Para !e"inir a e"e'i;i!a!e !e $ 'r#ca!#r !e ca#rB !e;e$#) !e'er$inar inicia$en'e a 'aa $=i$a *#)):;e !e 'ran)"er9ncia !e ca#r n# 'r#ca!#r< A e"e'i;i!a!e . !e"ini!a c#$# a ra4&# en're a 'aa rea !e 'ran)"er9ncia

!e ca#r n# 'r#ca!#r !e ca#r e a 'aa $=i$a *#)):;e !e 'ran)"er9ncia !e ca#r<

1.+ Di),sio,$),!o T")i#o d T"o#$do"s d C$%o"  DTML

U$a !i"eren%a !e 'e$*era'ra cria a "#r%a $#'ri4 0e !e'er$ina a 'ran)$i))&# !e ca#r !e $a "#n'e a $ rece*'#r< Sa in"9ncia )#,re $ )i)'e$a !e 'ran)$i))&# !e ca#rB incin!# 'an'# c#$# $ rece*'#rB . # #,?e'# *ara # n#))# e)'!#< O) ',#) c#nc9n'ric#)B $#)'ra!#) a,ai#B c#n!4e$ !a) c#rren'e)B eB e$ ca!a $a !e)'a) !a)B ei)'e $ c#e"icien'e !e *e:ca *ar'icarB e )a) re)*ec'i;a) 'e$*era'ra) ;aria$ !a en'ra!a *ara a )a:!a<

Fi2("$ 1+  Di),sio,$),!o T")i#o d () !"o#$do" d #$%o" 

 A "i$ !e e)'a,eecer a !i"eren%a !e 'e$*era'ra en're $a !a!a 'e$*era'ra gera T !e $ "i!# 0en'e e $a 'e$*era'ra ' !e $ "i!# "ri#B . nece))=ri# e;ar  e$ c#n)i!era%&# 'a$,.$ '#!a) a) re)i)'9ncia) en're a) 'e$*era'ra)< N# ca)# !e !#i) ',#) c#nc9n'ric#)B )en!# # ',# in'ern# $i'# "in#B a) re)i)'9ncia) enc#n'ra!a) )&# re)i)'9ncia) *eciar !# "i!# !# ',#B a re)i)'9ncia !a *are!e !# ',# L$2$B e a re)i)'9ncia *eciar !# "i!# na *are!e anar< U$a ;e4 0e  . iga a ∆'∑R

∑ R =

1

h1

+

 L

m

k 

+

m

1

h0

=

1

U 

 c#)'$e ),)'i'ir 1U *#r ∑R #n!e U !en#$ina)e c#e"icien'e '#'a !e 'ran)$i))&# !e ca#r< Le;an!#)e e$ c#n'a 0e $ ',# rea *#))i =rea) !i"eren'e) e$ )a) )*er":cie) in'erna e e'ernaB hi e h# !e;e$)e re"erir 8 $e)$a =rea !e 'ran)$i))&# !e ca#r< Se a =rea e'erna A !# ',# in'ern# "#r )a!aB en'&# hi !e;eria *#))ir )e ee "#))e #rigina$en'e caca!# c#$ ,a)e na =rea $ai#r A e$ ;e4 !e  AiB en'&#+

1

U 

1

= hi

+

 Ai  A

1

h0

C#n)i!eran!# $ )i)'e$a c#n'rac#rren'e 'e$#)B gera$en'e a$,#) #) "i!#) )#"re$ ;aria%e) !e 'e$*era'ra 0e n&# )&# ineare) 0an!# a) 'e$*era'ra) )&# *#'a!a) c#n'ra # c#$*ri$en'#< En're'an'#B ei)'e $a ;an'age$ *ara $a !e!%&# ,a)ea!a n$a cr;a !e T – ' c#n'ra LB $a ;e4 0e ea *er$i'a i!en'i"ica%&# !a !i"eren%a !e 'e$*era'ra e$ 0a0er *ar'e a# #ng# !# c#$*ri$en'# !# ',#< Para !e!%&# !a !i"eren%a !e 'e$*era'ra en're !#i) "#)B a) )egin'e) hi*-'e)e) !e;e$ )er "ei'a)+  – # c#e"icien'e '#'a !e 'ran)$i))&# !e ca#r . c#n)'an'e e$ '#!# # c#$*ri$en'# !a 'ra?e'-riaB  – # ca#r e)*ec:"ic# . c#n)'an'e e$ '#!#) #) *#n'#) !a 'ra?e'-riaB  – n&# ei)'e$ $!an%a) !e "a)e *arciai) n# )i)'e$a e  – a) *er!a) !e ca#r )&# !e)*re4:;ei) en'&#

( T 1 − t 2 ) − ( T 2 − t 1 )

∆t 2 − ∆t 1 ∆T ml  =  MLTD = = T 1 − t 2 t 2 ∆        ln ln  T 2 − t 1     ∆t 1    A))i$ 'e$#) 0e a 'aa !e ca#r 'ran)"eri!a)<

Q = U  ⋅ A ⋅ ∆T ml 

1.0 Coi#i,! 2%o3$% d !"$,s"4,#i$ d #$%o"  O c#e"icien'e g#,a !e 'ran)"er9ncia !e ca#r . # *arâ$e'r# $ai) i$*#r'an'e na an=i)e !e $ 'r#ca!#r !e ca#r< C#$ ee *#!e)e 0ai"icar # e0i*a$en'# e$ 'e)'e "ren'e a#) !e$ai) !i)*#n:;ei) n# $erca!#< O c#e"icien'e g#,a !# 'r#ca!#r . $a ;ari=;e 0e !e*en!e !# 'e$*# !e ;i!a !# e0i*a$en'# e !e )a a'a c#n!i%&# #*eraci#na< I)'# *#r0e # a #*era%&# n#r$a *#!e *r#;#car a a'era%&# !a) )*er":cie) !e 'r#ca !e ca#r 'an'# !# "i!# "ri# 0an'# !# "i!# 0en'e< E)'a) a'era%e) )&# n#r$a$en'e !e;i!a) 8) incr)'a%e) 0e #c#rre$ na )*er":cie !#) ',#) # cha*a)B 'an'# n# c#n'a'# !# "i!# 0en'e 0an'# n# !# "i!# "ri#B a'an!# c#$# $a re)i)'9ncia '.r$ica a!ici#na n# *r#ce))# !e 'r#ca< A e*re))&# *ara # c=c# !# c#e"icien'e g#,a !e 'ran)"er9ncia !e ca#rB UB .B ca)# !e $ ',# ci:n!ric#B

 D q     D f    1 R ξ 1 1 1 = = = + +    + 2 πkL U f  A f  U q A q h f  A f  A ξ hq Aq ln 

1 UA

1

#n!e A . a =rea !e 'r#ca !e ca#rB D . # !iâ$e'r# !# ',#B L . # )e c#$*ri$en'#B 2 . # c#e"icien'e !e 'ran)"er9ncia !e ca#r *#r c#n!%&# n# ',# e h . # c#e"icien'e !e 'r#ca !e ca#r !#) "i!#) "ri# e 0en'e< O) :n!ice)   e = )e re"ere$ a# "i!# "ri# e 0en'eB re)*ec'i;a$en'e< E)'a e*re))&# . ;=i!a *ara ',#) circare)B #n!e a 'ran)"er9ncia !e ca#r . ra!ia< O :n!ice ξB 0e a*arece e$ R ξ e Aξ  re"ere)e 8 re)i)'9ncia e 8 =rea !e 'r#ca a))#cia!a) 8 incr)'a%&# 0e *#!e e)'ar *re)en'e n#) 'r#ca!#re)< O c#e"icien'e g#,a !e 'r#ca !e ca#r e$ $a $#n'age$ e*eri$en'a *#!e )er caca!# )e # "# !e ca#r '#'aB B "#r #,'i!# a *ar'ir !e $e!i%e) !e 'e$*era'raB ;a4&# eB e;en'a$en'eB !e *re))&# )e $ # a$,#) #) "i!#) "#re$ $ g=)B

U

=

Q

A f  ∆t LN

5

)en!# Q = m f  C Pf  ( t fs − t fe )



e $"  . # "# $=))ic# !e "i!# "ri#B )e C P"  . # ca#r e)*ec:"ic# e ' ")'"e . a !i"eren%a !e 'e$*era'ra !# "i!# "ri# en're )a:!a e a en'ra!a !# 'r#ca!#r<  A e0a%&# 5 e*re))a $ ,aan%# g#,a !# ca#r 'r#ca!# n# e0i*a$en'#B $a) nece))i'a !e $a !e"ini%&# a*r#*ria!a *ara ∆'LN+

∆ −∆ ∆t LN = ln ( t a t b ) ∆t a ∆t b #n!e !$  ;!= - !< 

!3  ;!=  !s<< B )en!# != a 'e$*era'ra !e c#n!en)a%&#B ! a

'e$*era'ra !a =ga !e re)"ria$en'# na en'ra!a !# 'r#ca!#r e !s a 'e$*era'ra !a =ga !e re)"ria$en'# na )a:!a !# 'r#ca!#r<  A e"e'i;i!a!e !e $ 'r#ca!#r . a ra4&# en're a 0an'i!a!e !e ca#r 'r#ca!# e a $=i$a 0an'i!a!e *#)):;e !e ca#r 'r#ca!# 0e #c#rreria e$ $ 'r#ca!#r !e c#rren'e) cr4a!a) c#$ c#$*ri$en'# in"ini'#B e$ *r#ce))# a!ia,='ic# !a!a) a) c#n!i%e) #*eraci#nai)+

ε =

Q

Q máx

=

( t3 − t 2 ( t1 − t 2 )

E # n>$er# !e ni!a!e) '.r$ica) NTU !e $ 'r#ca!#r !e ca#r .

 NTU  =

A f  U C min B

#n!e C$in . a ca*aci!a!e '.r$ica !a c#rren'e !e "i!# !e re)"ria$en'# $ " C*B *#i) a !# ;a*#r . c#n)i!era!a in"ini'a ?= 0e ee *a))a *#r $ *r#ce))# !e c#n!en)a%&#<

& OB5ETI6O De'er$inar a 'aa !e 'ran)"er9ncia !e ca#rB a DTMLB # c#e"icien'e g#,a !e 'ran)"er9ncia !e ca#r e a e"e'i;i!a!e *ara ca!a $#!# !e #*era%&# !# 'r#ca!#r !e ca#r e e*ici'ar 0a # $ai) e"e'i;# *ara # e*eri$en'#<

+ METODOLOGIA

+.1 M$!"i$is     

 A0ece!#r e.'ric# Re)er;a'-ri# Tr#ca!#r !e ca#r !e ',# !*# =ga=ga Ter$#*are) 'i*# T "ia!#) na en'ra!a e )a:!a !# "# V#':$e'r#B a$*er:$e'r#B $ii;#':$e'r#B cha;e )ee'#ra< Varia!#r !e 'en)&# "#n'e V ca rega!a *ara 116V

egen!a+ 1 A0ece!#r e.'ric# in'ern# 8 ,anca!a 5 Re)er;a'-ri# !e =ga  Si)'e$a 'r#ca!#r !e

Fi2("$ 10  Sis!)$ 3i!(3(%$" (!i%i>$do ,$ p"'!i#$.

ca#r ,i',ar JTer$#*are) 'i*# T 7 V#':$e'r#B a$*er:$e'r#B $ii;#':$e'r#B cha;e )ee'#ra<

+.& D$dos • • • • • •

Diâ$e'r# !# reci*ien'e ci:n!ric# *ara $e!i!a !e ;a4&#+ D  15 $$ C#$*ri$en'# !# 'r#ca!#r !e ca#r+ L  5BJ $ Diâ$e'r# in'ern# !# ',# in'ern# !# 'r#ca!#r !e ca#r+ !i  16 $$ Diâ$e'r# e'ern# !# ',# in'ern# !# 'r#ca!#r !e ca#r+ !e  15 $$ Diâ$e'r# in'ern# !# ',# e'ern# !# 'r#ca!#r !e ca#r+ Di  56 $$ Diâ$e'r# e'ern# !# ',# e'ern# !# 'r#ca!#r !e ca#r+ De  55 $$ Ma'eria !#) ',#)+ c#,re Ta$,  57WC<

0 PROCEDIMENTO E9PERIMENTAL 1< 5< < J<

A,rir #) 65 regi)'r#) !e =ga "ria Ligar a ,#$,a !Q=ga n# *aine !e c#n'r#e A?)'ar a) ;a4e) !a =ga a#) ;a#re) !e)e?a!#) Ligar a re)i)'9ncia !# a0ece!#r e.'ric# n# *aine !e c#n'r#eB a?)'an!# a *#'9ncia e.'rica !e)e?a!a 'e$*era'ra !e en'ra!a !a =ga 0en'e n# 'r#ca!#r !e ca#r a'ra;.) !a "#n'e Vca 7< O*erar # 'r#ca!#r !e ca#r e$ c#rren'e) *araea)B agar!ar # regi$e *er$anen'e e e"e'ar a) $e!i!a) c#n)'an'e) na) 'a,ea) 1 e 5 K< O*erar # 'r#ca!#r !e ca#r e$ c#n'rac#rren'e)B agar!ar # regi$e *er$anen'e e e"e'ar a) $e!i!a) c#n)'an'e) na) 'a,ea)  e J<

T$3%$ 1 - 6$>Hs )'ssi#$s - op"$o ) #o"",!s p$"$%%$s Xga "ria Xga 0en'e  V#$eB !$ L 6BH 6B In'er;a# !e 'e$*#B Y') J7B 1B  Va4&# V#$.'ricaB V$ ) VA)r  / Y' 1BHE67 B7KE6K Va4&# M=))icaB $2g) $ ZHs )'ssi#$s - op"$o ) #o,!"$-#o"",!s Xga "ria Xga 0en'e  V#$eB !$ L 6BH 6B In'er;a# !e 'e$*#B Y') J7B 1B Va4&# V#$.'ricaB V$ ) VA)r  / Y' 1BHE67 B7KE6K Va4&# M=))icaB $2g) $ Z
 TRATAMENTO DOS DADOS Para ca!a $#!# !e #*era%&# !# 'r#ca!#r !e ca#rB cacar a 'aa !e 'ran)"er9ncia !e ca#rB a $.!ia #gar:'$ica !a) !i"eren%a) !e 'e$*era'ra) DTMLB # c#e"icien'e g#,a !e 'ran)"er9ncia !e ca#r e a e"e'i;i!a!e<

.1 T$@$ d !"$,s"4,#i$ d #$%o"

5.1.1 Taxa de transferência de calor em Corrente aralela

Q

= m f  C Pf  ( t fs − t fe )

$"  – aga "ria  1BHKE65 2g) $0  – aga 0en'e BJKE6 2g) cP"  – JB1K  16  [2g
.1.1.1 Á2($ "i$   1BHK  16 5

kg s

< JB1K  16 

J  kg.°C 

< 5BJ  5K WC

< JB1K  16 

J  kg.°C 

< 7HBH – BK WC

  757B6H \

.1.1.& Á2($ =(,!   BJK  16 

kg s

  7JB5 \

5.1.2 Taxa de transferência de calor em Contra Corrente

Q

= m f  C Pf  ( t fs − t fe )

$"  – aga "ria  1BHKE65 2g) $0  – aga 0en'e BJKE6 2g) cP"  – JB1K  16  [2g
.1.&.1 Á2($ "i$

  1BHK  16 5

kg s

< JB1K  16 

J  kg.°C 

< 7B – 57B5 WC

< JB1K  16 

J  kg.°C 

< 7HBH – BK WC

  K1BJ \

.1.&.& Á2($ =(,!

  BJK  16 

kg s

  KB1 \

.& Mdi$ %o2$"!)i#$ d$s di",$s d !)p"$!("$ ;DTML< T  T  (¿ ¿ h , e −T c ,e )

( T h , s−T c ,s ) ¿ ln ¿ (¿ ¿ h , e −T c ,e )−( T h ,s −T c , s) ¿ ∆ T lm ¿

5.2.1 !luxo em Corrente aralela

∆ T lm

( 59,9− 26 )−( 38,6 −32,4 ) ( 59,9− 26) ] ln [ ( 38,6−32,4 )

∆ T lm=16,3047

5.2.2 !luxo em Contra Corrente

∆ T lm

(58,8 −35,7 )−( 36,6 −35,7 ) (58,8−35,7 )  ] ln [ (36,6−35,7 )

∆ T lm=6,8409

.+ Coi#i,! 2%o3$% d !"$,s"4,#i$ d #$%o" 

1 UA

 D q     ln   R ξ D f    1 1 1    + 1 = = = + + 2 πkL U f  A f  U q A q h f  A f  A ξ hq Aq Q = A s . U . ∆ T lm  

2 c#,re  J61 \$]^ c  rai# e'ern# !# !iâ$e'r# e'ern#  A s =2 πcL  A s =2 π . 0,022 m . 2,4 2

 A s =0,332 m

U =

´ Q  A s . ∆ T lm

5.".1 Coeficiente #lo$al %ara correntes %aralelas

.+.1.1 Coi#i,! 2%o3$% do !(3o i,!",o p$"$ #o"",!s p$"$%%$s

U =

Q ( quente )  A s . ∆ T lm( paral)

U =

  754,23 0,332 . 16,3047

U  1HB

.+.1.& Coi#i,! 2%o3$% do !(3o @!",o p$"$ #o"",!s p$"$%%$s ´ (fria ) Q U =  A s . ∆ T lm( paral) U =

  525,09 0,332 . 16,3047

U  HB66

1

Coeficiente #lo$al %ara contra corrente

.+.1.1 Coi#i,! 2%o3$% do !(3o i,!",o p$"$ #o,!"$ #o"",! ´ ( quente ) Q U =  A s . ∆ T lm( cc) U =

  786,18 0,332 . 6,8409

U  JKB177

.+.1.& Coi#i,! 2%o3$% do !(3o @!",o p$"$ #o,!"$ #o"",!

U =

´ ( frio ) Q  A s . ∆ T lm( cc ) U =

  861,47 0,332 . 6,8409

U  HB67

.0 M!odo d$ E!iid$d

ε=

´ Q Taa!e transfer"ncia calor real  = Qma Taa !e transfer"ncia m#ima ε cp = ε cc

ε=

2

C c ( T c ,s − T c , e ) C min ( T h , e −T c , e )

=

C h (T h ,e − T h ,s ) C min ( T h , e − T c, e )

ara Corrente aralela

kg J  . 4,186   10 3 .  ( 59,9 −38,6 ) .° C  s kg.°C  J  −2 kg  ( 59,9− 26 ) .° C  . 4,186  10 3 . 1,96  10 . s kg.°C  −3

8,46  10 .

ε=

ε =0,271

"

ara Contra Corrente

kg J   ( 58,8 −36,6 ) .° C  . 4,186   10 3 . s kg.°C  ε= J  −2 kg . 4,186   10 3 . 1,96  10 .  ( 58,8 −25,2 ) . ° C  s kg.°C  −3

8,46  10 .

ε =0,2 85

8 ANÁLISE DE RESULTADOS  F#ra$ enc#n'ra!#) ;a#re) !i"eren'e) !e 'aa !e 'ran)"er9ncia !e ca#r en're #) ',#) in'ern# e e'ern# *ara a) !a) c#n"igra%e) C#rren'e e$ Parae# e e$ C#n'ra C#rren'e # 0e in!ica a) c#n!i%e) n&# i!eai) e a) $argen) !e err# !e $e!i%&# !#) c#$*#nen'e) e !a a"eri%&# !#) ;a#re) ;i)a$en'e<  A $ai#r 'aa !e 'r#ca !e ca#r enc#n'ra!a *ara # $#!# C#n'ra C#rren'e e$ c#$*ara%&# a# C#rren'e e$ Parae# c#n!i4 c#$ a 'e#ria *ara #) e0i*a$en'#) c#$ a) !i$en)e) 'ii4a!a)<

7 CONCLUSÃO