Caldeiras e Condução de Calor

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO

CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCINCIAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA

LABORATRIO DE ENGENHARIA QUMICA

RELATRIO DE AULA PRTICA

LABORATRIO DE ENGENHARIA QUMICA 2

CALDEIRAS E CONDUO TRMICA

ALUNO: ALYSSON MENDES FALCO DE ATHAYDE

PROF.: NELSON MEDEIROS

07/2015

RECIFE





INTRODUO

As caldeiras so equipamentos complexos de troca de calor, que produzem vapor a

partir da energia trmica provinda da queima de combustvel, constitudos por diversos

equipamentos associados, perfeitamente integrados, para permitir a obteno do maior

rendimento trmico possvel. Elas podem ser classificadas de diversas formas, mas a

classificao mais usualmente empregada aquela em relao disposio da gua em

relao aos gases: flamotubulares ou aquotubulares. Nas caldeiras flamotubulares, os gases

de combusto escoam no interior de tubos cercados por gua. Desta maneira, a transferncia

de calor ocorre em toda a circunferncia dos tubos. Existem caldeiras flamotubulares verticais,

porm as mais comuns so as horizontais, podendo possuir fornalhas lisas ou corrugadas,

mais de um passe para os gases e parede traseira seca ou molhada. As caldeiras

aquotubulares, so aquelas em que a gua circula no interior dos tubos enquanto os gases

quentes transitam numa cmara de combusto. So equipamentos de grande capacidade,

projetadas para operar em mdias e altas presses.

Calor uma forma de energia transferida de um corpo para outro, por conta de uma

diferena de temperatura. A transferncia de calor, que consiste nesse trnsito de energia

trmica de um corpo slido, lquido ou gasoso, para outro o fenmeno de enfoque estudado

pela Termodinmica. Esta forma de energia s ocorre quando o sistema est em desequilbrio

trmico. Portanto, no possvel dizer que um corpo possui calor (Q) e sim que ele possui

energia interna (U). H trs mecanismos conhecidos para a transferncia de calor: a

conduo, a conveco e a radiao. A conduo ocorre principalmente em corpos slidos e

consiste na troca de calor pela agitao (colises) dos tomos e molculas vizinhas do slido.

Esta pode ocorrer tambm em um fluido, mas somente quando ele no est em movimento.

Os materiais apresentam capacidades diferentes de conduzir calor, propriedade chamada de

condutividade, sendo que os slidos so melhores condutores, seguidos dos fluidos e por

ltimo os gases.

OBJETIVOS

Sendo assim, esta prtica teve como objetivo determinar estudar a conduo de calor no

cabo de uma panela, conhecendo-se as temperaturas do ambiente, da fronteira fria e quente

do objeto. Estudou-se tambm a taxa de vaporizao da gua num bquer, atravs da

quantidade de gua lquida adicionada ao recipiente como o fluido em ebulio, mantendo-se

o nvel de lquido constante.





METODOLOGIA EXPERIMENTAL

MATERIAL

Tabela 1 Materiais e equipamentos

Material Quantidade

Vidraria e Equipamentos

Bico de Bunsen 01

Termopar 01

Bqueres 01

Materiais

gua destilada 01

Rgua 01

PROCEDIMENTO

-Adicionou-se gua destilada panela e ligou-se o bico de Bunsen at que a gua

entreasse em fervura

- Mediu-se a temperatura do cabo da panela em 7 pontos diferentes;

-Adicionou-se gua ao bquer;

-Posicionou-se o bquer na base de aquecimento e adicionou-se gua de maneira que o

nvel no bquer manteve-se constante;

-Mediu-se a taxa de evaporao de gua;

RESULTADOS E DISCUSSO

CONDUO TRMICA

A figura 1 traz a representao esquemtica dos pontos tomados para a medida da

temperatura:

Figura 1 Conduo trmica no cabo da panela





A tabela 2 expe os resultados obtidos:

Tabela 2 Dados do experimento

Ponto Temperatura (C)

P1 105

P2 77

P3 56

P4 45

P5 38

P6 38

P7 38

Mediu-se o comprimento do cabo com auxlio da rgua, que correspondeu a 20cm. A

distncia entre os pontos corresponde a 3,33 cm. A distribuio de calor numa aleta de

tamanho finito definido como:

0= 1

=cosh(( ))

cosh() (1)

Onde a temperatura ambiente 1 a temperatura no ponto 1 (base), L o comprimento da

aleta e x a distncia base. possvel determinar o valor de m para cada ponto a partir da

equao 1, considerando que a temperatura ambiente era de 28 C. Os valores obtidos esto

dispostos na tabela 3:

Tabela 3 Valores de m

Ponto Valor de m

P1 14,87

P2 13,80

P3 14,25

P4 17,66

P5 18,32

P6 19,34

P7 14,33





O valor mdio obtido para m correspondeu a m=16,08. Sabe-se que m definido

como:

=

(2)

Onde P e A so o permetro e a rea do cabo, respectivamente, h o coeficiente de

transferncia de calor convectivo e k a condutividade trmica do material. Sabendo-se que

P=0,06m, A=2x10-4m e a condutividade trmica do alumnio k=204 W/mK, calculou-se h

como sendo equivalente a:

= ,

TAXA DE EVAPORAO DE GUA

Mediu-se o volume de gua adicionado atravs da bureta em intervalos definidos de tempo.

A tabela 4 expe os resultados obtidos:

Tabela 4 Volume de gua e tempo

Tempo (min) Volume (ml)

1 2,8

2 4,5

3 5,8

4 7,1

6 9,7

7 11

8 12,5

9 14,4

11 25,1

12 30,8

13 34,1

14 36,4

15 38,7

Construiu-se o um grfico associando os valores da tabela 4. A figura 2 expe o

resultado obtido:





Figura 2 Volume de gua versus tempo

Pode-se ento derivar a taxa de evaporao de gua no experimento, que

correspondeu a 2,70ml/min.

CONCLUSES

Determinou-se com sucesso valor do coeficiente trmico de conduo de calor por

conveco a partir dos dados obtidos para a conduo de calor no cabo da panela. O valor

correspondeu a h=175,92W/m2K.

Foi possvel calcular tambm a taxa de evaporao no bquer, que correspondeu a

2,70ml/min.

REFERNCIAS

MALTA, D.S.H. Contribuio ao Estudo Hidrodinmico e de Transferncia de Massa em uma

Coluna de Borbulhamento com Distribuidor de Gs Tipo Placa Perfurada. Dissertao de

Mestrado, DEQ/UFPE, Recife, 1995.

MEDEIROS, Nelson L. Notas de Aula de Laboratrio de Engenharia Qumica 2 Aula:

Modelagem Cintica da Oxidao Cataltica do Glicerol. Departamento de Engenharia

Qumica, UFPE, Recife, 2012.

WALLIS, G. B. One-Dimensional Two Phase Flow. McGrawHill, New York, 1969.

y = 2.6988x - 3.883R = 0.9336

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Vo

lum

e d

e g

ua

(ml)

Tempo (min)





ANEXOS

Figuras

Figura 1 Conduo trmica no cabo da panela

Figura 2 Volume de gua versus tempo

Tabelas

Tabela 1 Materiais e equipamentos

Material Quantidade

Vidraria e Equipamentos

Bico de Bunsen 01

Termopar 01

Bqueres 01

Materiais

gua destilada 01

y = 2.6988x - 3.883R = 0.9336

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Vo

lum

e d

e g

ua

(ml)

Tempo (min)





Rgua 01

Tabela 2 Dados do experimento

Ponto Temperatura (C)

P1 105

P2 77

P3 56

P4 45

P5 38

P6 38

P7 38

Tabela 3 Valores de m

Ponto Valor de m

P1 14,87

P2 13,80

P3 14,25

P4 17,66

P5 18,32

P6 19,34

P7 14,33

Tabela 4 Volume de gua e tempo

Tempo (min) Volume (ml)

1 2,8

2 4,5

3 5,8

4 7,1

6 9,7

7 11

8 12,5

9 14,4

11 25,1

12 30,8

13 34,1

14 36,4

15 38,7

Caldeiras e Condução de Calor

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