BAC014-Setima-Pratica-P9-PE-PF-Primeira-Lei - Calculos em Sala

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Exercício D - Equação de Energia de Fluxo Estacionário

Devido aos limites de tensão nos sinais do sensor, o software não pode medir as taxas de fluxo superiores a 3,0 l/min. As taxas de fluxo superiores a essa serão exibidas como 3,0 l/min. Quando estiver operando em fluxos próximos a esses valores, é recomendável que a taxa de fluxo exibida no console de controle integrado também seja monitorada, para garantir que qualquer desvio acima do limite de software de 3.0 l/min seja observado.

Objetivo Investigar a equação de energia de fluxo estacionário aplicada a um circuito de recirculação.

Método

Calcular a taxa de transferência de calor em uma faixa de taxas de recirculação, utilizando a equação de energia de fluxo estacionário.

Teoria A equação de energia de fluxo estacionário pode ser determinada conforme a seguir:

onde

QT é a taxa de transferência de calor para o sistema Qw é o trabalho feito pelo sistema

Qm é a taxa de fluxo de massa através do sistema h é a entalpia do fluido

Fornecimento de água fria Regulador de pressão

Aquecedor de água

Para dreno

Bomba do circuito de recirculação

Volume adicional

Fx = Sensor de fluxo Tx = Sensor de temperatura u é a velocidade do fluido z é a altura do fluido acima de uma referência g é a aceleração devido à gravidade, e os subscritos 1 e 3 se referem à entrada e à saída, respectivamente. Com o equipamento TH4, algumas hipóteses podem ser feitas para simplificar essa equação: A entrada e a saída estão à mesma altura, de modo que o termo de energia potencial g(z3 – z1 ) chega a zero. O sistema não realiza trabalho, assim, o termo Qw se torna insignificante. A equação, então, se torna:

QT pode ser determinada pelo experimento, medindo as taxas de fluxo de entrada e saída e as temperaturas, desde que o diâmetro do tubo na entrada e na saída seja conhecido.

Procedimento

Abra a válvula de entrada e a válvula do circuito de recirculação. Ligue a bomba do circuito de recirculação e o aquecedor e aguarde até que a temperatura de saída atinja um valor estacionário.

Tome leituras de cada fluxômetro e dos sensores de temperatura. Feche a válvula de recirculação um pouco para reduzir a taxa de recirculação e repita as leituras. Continue fechando a válvula de recirculação um pouco de cada vez, tomando leituras em cada taxa de recirculação.

Altere a taxa de fluxo utilizando a válvula de entrada e repita o experimento.

Continue fechando a válvula de entrada um pouco de cada vez e repita o experimento até que as leituras tenham sido obtidas de uma ampla faixa de taxas de fluxo de entrada.

Determine as entalpias de entrada e de saída a partir das temperaturas medidas, utilizando a tabela de referência prevista na Folha de Dados 3. As velocidades de entrada e saída podem ser determinadas a partir das taxas de fluxo de entrada e saída e do diâmetro do tubo.

Um valor para o diâmetro do tubo no ponto de medição de fluxo foi fornecido.

A taxa de fluxo de massa de entrada pode ser determinada a partir da taxa de fluxo de entrada e da densidade de fluxo de entrada. A densidade pode ser encontrada a partir da temperatura de entrada, utilizando a tabela de referência fornecida na Folha de Dados 1.

QT , a taxa de transferência poderá, então, ser determinada.

Resultados Tabele seus resultados sob os seguintes cabeçalhos:

A densidade da água sob condições experimentais: Diâmetro do tubo:

Taxa Fluxo Entrada F l/min

Taxa Fluxo

Recirculação F l/min

Taxa Fluxo Saída F l/min

Taxa Fluxo Entrada Q m/s

Taxa Fluxo

Recirculação Q m/s

Taxa Fluxo Saída Q m/s

Temp. Entrada

Temp. Recirculação

Temp. Saída

Entalpia Entrada h J/kg

Entalpia Saída h J/kg

Velocidade Entrada u m/s

Velocidade Saída u m/s

Taxa Fluxo Massa kg/s Q

Taxa

Transferência Calor

Faça a plotagem de um gráfico de taxa de transferência de calor contra a taxa de recirculação.

Conclusão

Descreva qualquer relação encontrada entre a taxa de recirculação e a taxa de transferência de calor.

Comente sobre as premissas feitas na equação de energia de fluxo estacionário. Quais fatores podem afetar a validade dessas premissas?

Quais outros fatores podem estar afetando os resultados que não foram levados em conta na equação?

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