CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS

GERAIS – CEFET MG/ CAMPUS V – DIVINÓPOLIS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECATRÔNICA

MÁQUINAS ALTERNATIVAS E DE FLUXO

DIMENSIONAMENTO DE UMA COIFA PARA CAPTAÇÃO DE

FUMOS METÁLICOS

ALUNO: RAFAEL SANTOS VIEIRA

DIVINÓPOLIS, DEZEMBRO/2014

%%%%%%%%%% MÁQUINAS ALTERNATIVAS E DE FLUXO %%%%%%%%%%

% RAFAEL SANTOS VIEIRA %

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %DIMENSIONAMENTO DE UMA COIFA PARA CAPTAR FUMOS METÁLICOS% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%Um cadinho contendo metal líquido a 700ºC com 60cm de diâmetro e

100cm de %altura repousa sobre um piso. Os fumos metálicos são carregados pela %corrente de ar por convecção ascensional. Projete uma coifa para

captar os %fumos metálicos considerando-se os seguintes aspectos:

%Caso A) Coifa instalada com altura referente a fonte de 90cm, com %correntes transversais de ar severas;

%Caso B) Coifa instalada com altura de 3m em relação a fonte quente,

com %correntes transversais de ar severas;

%OBS: Apresente um memorial de cálculo contendo todos os cálculos

como: %diâmetro da coifa, coeficiente convectivo, vazão da superfície e o %incremento de área necessário (admita convecção natural determinando

o coeficiente convectivo através da fórmula completa - Face superior aquecida). %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%DECLARAÇÃO DAS VARIÁVEIS%

ts = 700 ;%Temperatura do líquido em ºC. ta = 30 ;%Temperatura ambiente em ºC. tf = 273+((ts+ta)/2) ;%Temperatura média do limiar da superfície em

Kelvin. ya = 0.9 ;%Altura da coifa baixa em relação a fonte em

metros. yb = 3 ;%Alutura da coifa alta em relação a fonte em

metros d = 0.5 ;%Diametro da fonte quente em metros. La = ya+2*d ;%Altura da coifa baixa em relação a fonte

pontual em metros. Lb = yb+2*d ;%Altura da coifa alta em relação a fonte

pontual em metros. beta = (1/tf) ;%Coeficiente de expansão térmica g = 9.81 ;%Aceleração da gravidade. p = 0.5408 ;%Densidade do ar na temperatura tf em kg/m³. v = 58.4052*10^(-6) ;%Viscosidade cinemática do ar na temperatura

tf em m²/s. k = 49.028*10^(-3) ;%Coeficiente de condutividade térmica em

W/m*k Pr = 0.688 ;%Número de Prondte na temperatura tf

(admensional). A = (pi*d^2)/4 ;%Área da secção transversal do cadinho.

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %CÁLCULO DO NÚMERO DE GRASHOF

Gr=(g*beta*(ts-ta)*(d^3))/(v^2); %Gr = 3.775*(10^8) NÚMERO DE GRASHOF CÁLCULADO

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %CÁLCULO DO NÚMERO DE NUSSELT(Nu)

Ra= Gr*Pr; %Ra = 2.5973*(10^8) %COM ESSE VALOR DE Ra TABELADO (TABELA 7-1), ESTABELECEMOS OS

PARÂMETROS %(C) E (m) PARA GEOMTERIA DE SUPERFÍCIES SUPERIORES QUENTES APOIADOS

SOBRE PISOS FRIOS.

C = 0.15; m = (1/3);

Nu = C*(Ra)^m; %Nu = 95.7041

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %CÁLCULO DO COEFICIENTE DE CONVECTIVO (h)

ha = 1.32*(((ts-ta)/La)^(1/4)) %(ha = 5.7201 W/m²*ºC) COEFICIÊNTE DE CONVECÇÃO PARA COIFA BAIXA

hb = 1.32*(((ts-ta)/Lb)^(1/4)) %(hb = 4.7487 W/m²*ºC) COEFICIENTE DE CONVECÇÃO PARA COIFA ALTA

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %CÁLCULO DA TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO NATURAL (qc)

qca = ha*A*(ts-ta); %(qca = 752.5041 W) TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO NATURAL COIFA

BAIXA

qcb = hb*A*(ts-ta); %(qcb = 624.7155 W) TRANSFERÊNCIA DE CALOR POR CONVECÇÃO NATURAL COIFA

ALTA

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %CÁLCULO DA VAZÃO DETERMINADA PELA SUPERFÍCIE DA FONTE (Qy)

Qya = (38*(((A^3)*d*qca)^(1/3)))/1000; %(Qya = 0.0538 m³/s) VAZÃO DA FONTE PARA COIFA BAIXA NÃO CONSIDERANDO

A VAZÃO INDUZIDA

Qyb = (7.7*(qcb^(1/3))*Lb^(1.46))/1000; %(QyB = 0.4981 m³/s) VAZÃO DA FONTE PARA COIFA ALTA CONSIDERANDO A

VAZÃO INDUZIDA

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %CÁLCULO DO DIÂMETRO DA COIFA (Dc)

ra = 0.215*(La^0.88); %(ra = 0.3782 m) RAIO DA COIFA BAIXA

rb = 0.215*(Lb^0.88); %(rb = 0.7282 m) RAIO DA COIFA ALTA

Dca = (2*ra)+0.5; %(Dca = 1.2564 m) DIÂMETRO DA COIFA BAIXA

Dcb = (2*rb)+0.5; %(Dcb = 1.95647 m) DIÂMETRO DA COIFA ALTA

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %DETERMINAÇÃO DA ÁREA DE INCREMENTO (Af)

Afa= (pi*((Dca^2)-(2*ra)^2))/4 %(Afa =0.7904 m²) AREA DE INCREMENTO PARA COIFA BAIXA

Afb= (pi*((Dcb^2)-(2*rb)^2))/4 %(Afb =1.3402 m²) AREA DE INCREMENTO PARA COIFA ALTA

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %CÁLCULO DA VAZÃO DE INCREMENTO (Qf)

%PARA O CÁLCULO DA VAZÃO DE INCREMENTO, UTILIZAREMOS CORRENTES

TRANSVERSAIS DE AR SEVERAS, PORTANTO, COM VELOCIDADES PRÓXIMAS DE 0.8 m/s.

Qfa = 0.8*Afa; %(Qfa = 0.1787 m³/s) VAZÃO DE INCREMENTO DA COIFA BAIXA Qfb = 0.8*Afb; %(QfB = 1.0721 m³/s) VAZÃO DE INCREMENTO DA COIFA ALTA

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %VAZÃO TOTAL DA COIFA (Qc)

Qca = Qya+Qfa; %(Qca = 0.6862 m³/s) VAZÃO TOTAL DA COIFA BAIXA

Qcb = Qyb+Qfb; %(Qcb = 1.5703 m³/s) VAZÃO TOTAL DA COIFA ALTA