Determinação do coeficiente global de transferência de calor para uma bancada didática com trocador de calor do tipo placas paralelas
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Data
Autores
Orientador
Gasparin, Elóy Esteves 
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Ilha Solteira - FEIS - Engenharia Mecânica
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
Trocadores de calor de placas paralelas são amplamente empregados em setores como a indústria alimentícia, química, farmacêutica e de geração de energia, devido à sua elevada eficiência térmica, compacidade e possibilidade de manutenção rápida e em loco. O desempenho desses equipamentos está fortemente condicionado às condições de operação, fazendo com que o coeficiente global de transferência de calor (U) apresente significativa variabilidade; por esse motivo, o monitoramento em tempo real torna-se fundamental para o controle da planta e a otimização da operação. O presente estudo foca na determinação experimental do coeficiente global de transferência de calor em uma bancada didática equipada com um trocador de calor de placas paralelas, operando em arranjocontracorrente. A bancada é composta por sensores de temperatura e vazão interligados a um software de aquisição de dados, possibilitando a análise dinâmica do processo, sendo que a vazão de água fria foi modificada de forma sistemática para simular diferentes condições operacionais e avaliar seu impacto sobre o coeficiente global. A partir dos dados coletados, foram determinados valores experimentais de Uexperimental, calculados pela diferença de temperatura média logarítmica (DTML), e comparados com os valores teóricos obtidos pela correlação de Muley e Manglik (Uteórico), observando-se boa concordância entre os métodos, com tendência de erro maior em maiores vazões, o que pode estar associado à limitação dos sensores utilizados, comuns em bancadas didáticas. Ainda assim, a análise de incertezas demonstrou que todos os valores obtidos se encontram dentro dos limites aceitáveis, reforçando a confiabilidade do estudo, sendo possível concluir que a bancada se mostra eficaz para fins de ensino e experimentação, além de evidenciar a relevância do monitoramento contínuo do coeficiente global em trocadores de calor para a adequada previsão do desempenho térmico e para a validação de modelos teóricos em condições reais de operação.
Resumo (inglês)
Parallel-plate heat exchangers are widely used in sectors such as the food, chemical, pharmaceutical, and power generation industries due to their high thermal efficiency, compactness, and the possibility of rapid on-site maintenance. The performance of these devices is strongly dependent on operating conditions, causing the overall heat transfer coefficient (U) to exhibit significant variability; for this reason, real-time monitoring becomes essential for plant control and operational optimization. The present study focuses on the experimental determination of the overall heat transfer coefficient in a didactic test bench equipped with a parallel-plate heat exchanger operating in a counter-current arrangement. The bench is composed of temperature and flow sensors connected to a data acquisition software, enabling dynamic process analysis, with thecold-water flow rate being systematically varied to simulate different operating conditions and assess its impact on the overall coefficient. From the collected data, experimental values of
UEXPERIMENTAL were determined using the logarithmic mean temperature difference (LMTD) method and compared with theoretical values obtained through the Muley and Manglik correlation (UTHEORETICAL), showing good agreement between the methods, although with a tendency toward higher error at greater flow rates, which may be associated with the limitations of the sensors used, common in didactic benches. Nevertheless, the uncertainty analysis demonstrated that all obtained values lie within acceptable limits, reinforcing the reliability of the study. It can thus be concluded that the bench proves effective for teaching and experimental purposes, while also highlighting the relevance of continuous monitoring of the overall coefficient in heat exchangers for the proper prediction of thermal performance and for the validation of theoretical models under real operating conditions.
Descrição
Palavras-chave
Trocador de calor de placas, Coeficiente global de transferência de calor, Diferença de temperatura média logarítmica, Sensores, Temperatura
Idioma
Português
Citação
HOKAZONO, Victor Eidi. Determinação do coeficiente global de transferência de calor para uma bancada didática com trocador de calor do tipo placas paralelas. Orientador: Elóy Esteves Gasparin. 2025. 31 f. : il. Trabalho de conclusão de curso (Graduação em Engenharia mecânica) - Universidade Estadual Paulista (UNESP), Faculdade de Engenharia, Ilha Solteira, 2025
