SR260916SA01 Aparelho para Estudo de Transferência de Calor, Equipamento Educativo Escolar, Bancada de Treino Vocacional, Equipamento para Treino Térmico
SECÇÃO 1: ANTECEDENTES E OBJETIVO (DECLARAÇÃO DE OBJETIVO)
Antecedentes e Necessidade Operacional:
O currículo de laboratório de engenharia exige equipamento especializado para formar os alunos e melhorar as competências práticas de engenharia em fenómenos de transporte e experimentação analítica. O Aparelho de Estudo da Transferência de Calor é estritamente necessário para a demonstração prática e o ensino em laboratório dos mecanismos fundamentais de transferência de calor (condução, convecção, coeficientes globais de transferência de calor e perfis de temperatura) e as suas aplicações práticas nas indústrias química, petroquímica, farmacêutica e de processamento de alimentos.
SECÇÃO 2: ARQUITETURA E CONFIGURAÇÃO GERAL DO SISTEMA
O Aparelho de Estudo da Transferência de Calor deve ser um sistema experimental didático abrangente, composto por duas configurações experimentais funcionais principais:
1. Unidade Experimental de Permutador de Calor: Para estudar os princípios de permuta de calor fluido-fluido, equipada com módulos intercambiáveis, incluindo Permutador de Calor Tubular e Permutador de Calor de Casco e Tubos, instalados/interligados adequadamente numa Unidade de Acoplamento/Base de Serviço dedicada para facilitar a análise comparativa de desempenho.
2. Unidade Experimental de Condução de Calor: Para estudar a transferência de calor por condução em materiais sólidos, compreendendo uma Unidade de Condução de Calor Linear e uma Unidade de Condução de Calor Radial para análise comparativa em diferentes geometrias e secções transversais.
SECÇÃO 3: ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS DETALHADAS
3.1 Unidade Experimental de Permutador de Calor (1 conjunto completo)
3.1.1
Unidade Base Permutador de Calor Banho Termocontrolado / Unidade de Serviço (Quantidade: 1 unidade)
3.1.1.1
O banho deve ser fabricado em material acrílico transparente para facilitar a inspeção e observação visual. O interior inclui um elemento de aquecimento elétrico de 2 kW de capacidade, capaz de atingir temperaturas até 80 °C, equipado com um sensor de temperatura automático.
3.1.1.2
Equipado com uma bomba centrífuga para circulação de água entre o banho termocontrolado e os respetivos módulos do permutador de calor.
3.1.1.3
Equipado com instrumentação para medição de caudal, abrangendo o intervalo de 0,3 a 10 L/min, com uma resolução de regulação de caudal de 0,1 L/min.
3.1.1.4
A direção do escoamento deve ser reconfigurável/comutável para estudar regimes de escoamento paralelo (cocorrente) e contracorrente.
3.1.1.5
Capaz de ser ligado a um sistema externo de água fria/chiller, equipado com dispositivo regulador de pressão de entrada e válvula reguladora de caudal.
3.1.1.6
Equipado com sensores de temperatura utilizando termopares tipo K e tipo T, abrangendo um intervalo de medição de 0 a 75 °C com uma resolução de 0,1 °C.
3.1.1.7
Instrumento de Medição de Temperatura Multiusos:
1) Equipado com uma sonda de temperatura termistor fabricada em aço inoxidável de grau S316.
2) A gama de medição abrange de -30 a 120 °C com uma resolução de visualização de 0,1 °C.
3) Possui uma luz indicadora do estado do instrumento com 5 níveis/modos de intermitência distintos para sinalizar os estados de funcionamento para um acompanhamento visual claro.
3.1.1.8
Capaz de se ligar a um computador externo através da porta USB para registar, exibir e gerar relatórios de dados de testes experimentais em tempo real.
3.1.2
Módulo Permutador de Calor 1 - Módulo Permutador de Calor Tubular (Quantidade: 1 conjunto)
3.1.2.1
Deve ser montado em segurança no banho de serviço com temperatura controlada da base e integrado perfeitamente no sistema de circulação de água.
3.1.2.2
Construído com 4 passagens de tubos concêntricos (tubos), permitindo a circulação de água quente pelo tubo interior e de água fria pelo espaço anular exterior.
3.1.2.3
Os tubos internos de permuta de calor devem ser fabricados em aço inoxidável e os tubos externos em acrílico transparente para observação visual dos fenómenos de escoamento.
3.1.2.4
A área total efetiva da superfície de troca de calor deve ser de 0,08 m².
3.1.2.5
Equipado com sensores de medição de temperatura nas posições de água quente e água fria, num total de 6 pontos de medição (entradas, passagens intermédias e saídas).
3.1.3
Módulo do Permutador de Calor 2 - Módulo do Permutador de Calor de Casco e Tubos (Quantidade: 1 conjunto)
3.1.3.1
Deve ser montado em segurança no banho termostático de base e integrado perfeitamente no circuito de circulação de água.
3.1.3.2
O feixe de tubos deve conter 6 tubos internos com um diâmetro interno (DI) de 6 mm.
3.1.3.3
Os tubos internos de transferência de calor devem ser em aço inoxidável e o revestimento exterior fabricado em acrílico transparente com defletores internos para observar o comportamento do fluxo.
3.1.3.4
A área efetiva da superfície de transferência de calor deve ser de 0,02 m².
3.1.3.5
Equipado com sensores de temperatura nas entradas e saídas de água quente/fria, num total de 4 pontos de medição.
3.1.4
Capacidades Experimentais Obrigatórias (Âmbito Didáctico do Ensino):
3.1.4.1 Transferência indireta de calor por aquecimento/arrefecimento através de paredes divisórias.
3.1.4.2 Demonstração do sentido do fluxo em co-corrente versus contra-corrente.
3.1.4.3 Análise do regime de escoamento em permutadores de calor de casco e tubos.
3.1.4.4 Transição do escoamento laminar para o turbulento.
3.1.4.5 Balanço energético (balanço térmico) e cálculos de eficiência a partir de caudais e custos.ΔT$
3.1.4.6 Análise comparativa da eficiência operacional e térmica entre os tipos de permutadores.
3.1.4.7 Determinação do coeficiente global de transferência de calor ($U$).
3.1.4.8 Influência dos caudais de fluido no coeficiente global de transferência de calor ($U$).
SECÇÃO 3.2: UNIDADE EXPERIMENTAL DE CONDUÇÃO DE CALOR (TOTAL: 1 CONJUNTO COMPLETO)
3.2.1
Unidade de Controlo Unidade Principal de Controlo e Serviço de Condução de Calor (Quantidade: 1 conjunto)
3.2.1.1
A consola de controlo principal deve ser compacta e concebida para instalação em bancada/mesa de laboratório.
3.2.1.2
Capacidades da Interface de Sinal de Entrada:
1) Entradas para sensores de temperatura de termopar capazes de aceitar até 12 posições.
2) Interface de controlo para regular a válvula de controlo do caudal de água de refrigeração externa
3.2.1.3
Capacidades do sinal de saída:
1) Sinal de saída linear de 24 V para atuadores e módulos termoelétricos Peltier.
2) Saída de 24 VCC para ventiladores de refrigeração, elementos de aquecimento e bombas de circulação.
3.2.1.4
Equipado com sensor de caudal de água de refrigeração com cobertura de 0,6 a 10 L/h (com resolução de 0,1 L/min), capaz de operar a temperaturas até 125 °C.
3.2.1.5
Capaz de suportar até 12 canais de medição de termopares, cobrindo gamas de temperatura de 1 a 125 °C com uma resolução de 0,1 °C.
3.2.1.6
Deve incorporar um sensor de humidade relativa ambiente que meça de 0 a 100% HR com uma resolução de 0,01% HR e seja capaz de medir/calcular a temperatura do ponto de orvalho
no intervalo de -50 a 80 °C com uma resolução de 0,1 °C.
3.2.1.7
O sistema de controlo elétrico deve funcionar com uma tensão de segurança extrabaixa de 27 V para proteger os operadores contra riscos elétricos.
3.2.1.8
Capaz de se ligar a um computador externo através da porta USB para registar e gerar relatórios de todos os dados experimentais.
3.2.2
Módulo de Condução 1 Experiência de Condução de Calor Linear
Módulo (Quantidade: 1 conjunto)
3.2.2.1
Sensores de termopar instalados ao longo das secções aquecidas e arrefecidas com um espaçamento de 15 mm entre sensores:
1) Sensores de temperatura na secção de aquecimento: 3 pontos.
2) Sensores de temperatura na secção de arrefecimento: 3 pontos.
3) Sensores de temperatura na amostra intermédia de teste: 2 pontos.
3.2.2.2
Amostras de Teste de Condução de Calor Intercambiáveis:
1) Amostra de latão: Quantidade 2 peças, Ø 25 mm x 30 mm C, encaixa entre as secções aquecidas/arrefecidas.
2) Amostra de Aço Inoxidável: Quantidade 2 peças, Ø 25 mm x 30 mm C, encaixa entre as secções aquecidas/arrefecidas.
3) Amostra de alumínio: Quantidade 2 peças, Ø 25 mm x 30 mm C, encaixa entre as secções aquecidas/arrefecidas.
4) Amostra de aço inoxidável (diâmetro reduzido): Quantidade 2 peças, Ø 13 mm x 30 mm C.
5) Amostra de alumínio (diâmetro reduzido): Quantidade 2 peças, Ø 13 mm x 30 mm C.
6) Amostra de latão (diâmetro reduzido): Quantidade 2 peças, Ø 13 mm x 30 mm C.
(Total: 12 amostras de precisão em 3 materiais e 2 diâmetros)
3.2.2.3
Equipado com ligações autovedantes Quick-Connect para ligação de circulação externa de água fria.
3.2.2.4
A capacidade de aquecimento elétrico da secção de aquecimento deve ser de 60 W.
3.2.3
Módulo de Condução 2 - Módulo Experimental de Condução de Calor Radial (Quantidade: 1 conjunto)
3.2.3.1
Construído com aquecimento elétrico central no núcleo do disco e arrefecimento periférico a água em torno da circunferência exterior para criar gradientes térmicos radiais.
3.2.3.2
O diâmetro do disco metálico condutor deve ser de 110 mm e a espessura do disco deve ser de 3 mm.
3.2.3.3
Equipado com sensores de medição de temperatura do centro do disco para o exterior ao longo do percurso radial em 6 posições de medição.
3.2.3.4
Equipado com ligações autovedantes Quick-Connect para ligação do circuito externo de água de refrigeração.
3.2.3.5
A capacidade de aquecimento elétrico do aquecedor do núcleo deve ser de 100 W.
3.2.4
Âmbito Experimental Obrigatório de Condução:
3.2.4.1 Aplicação da Equação de Taxa de Fourier na condução em sólidos.
3.2.4.2 Determinação do perfil de temperatura em regime estacionário em materiais simples e compósitos.
3.2.4.3 Determinação da condutância/resistência térmica global para materiais diferentes.
3.2.4.4 Determinação da condutividade térmica ($k$) de várias amostras de metal.
3.2.4.5 Efeito da variação da área da secção transversal na resistência térmica ($ ≈ 25 mm² vs ≈ 13 mm²).
3.2.4.6 Determinação da condutividade térmica ($k$) para a geometria do disco radial
SECÇÃO 3.3 - 3.7: EQUIPAMENTOS AUXILIARES, PROCESSAMENTO DE DADOS E ESTAÇÃO DE TRABALHO
3.3
Banho Refrigerado Banho de Circulação/Refrigerador com Controlo Externo de Temperatura (Quantidade: 2 conjuntos):
3.3.1 Capacidade: 30 litros.
3.3.2 Gama de controlo da temperatura: 5 a 35 °C ou mais ampla.
3.3.3 Caudal de circulação fornecido às unidades experimentais: 0,1 L/min.
3.3.4 Painel de visualização digital que mostra a temperatura interna do banho e as definições de controlo.
3.3.5 Características de segurança: 1) Tubo de drenagem de transbordo, 2) Detetor de nível de líquido, 3) Protetor de corte por sobretemperatura.
3.4
Estação de Trabalho para Processamento de Dados (Quantidade: 2 conjuntos completos):
3.4.1 Unidade nova, não recondicionada/reconstruída.
3.4.2 Processador Intel Core i5, velocidade de relógio de 2,0 GHz ou superior no momento da entrega.
3.4.3 RAM 16.0 GB.
3.4.4 Armazenamento SSD de 1 TB.
3.4.5 Monitor LED de 24 polegadas.
3.4.6 Licença vitalícia genuína do Microsoft Windows 11 (ou mais recente) pré-instalada.
3.4.7 Licença vitalícia genuína do Microsoft Office (Word, Excel, PowerPoint) pré-instalada com interface em tailandês/inglês.
3.4.8 Rato ótico sem fios com roda de scroll da mesma marca.
3.4.9 Portal de suporte online do fabricante OEM para downloads de BIOS/drivers.
3.5 Compatibilidade com a energia elétrica e ambiente:
Todos os equipamentos de 3.1 a 3.3 devem funcionar com uma alimentação elétrica monofásica de 220 VCA, 50/60 Hz e funcionar de forma estável em condições ambientais tropicais.
3.6
Bancadas de Laboratório (Quantidade: 2 unidades):
3.6.1 Bancada de laboratório reforçada para montagem de equipamentos, dimensões:
75 cm L x 200 cm C x 80 cm A.
3.6.2 Estrutura em aço de elevada rigidez, totalmente montada, capaz de suportar a carga dos equipamentos, com pés tubulares em aço ou superior.
3.7
Kits de Ferramentas e Acessórios para Manutenção de Laboratório:
3.7.1 Armário modular móvel com gavetas para ferramentas: 1 unid.
3.7.2 Jogo de chaves combinadas: Cromo Vanádio, 12 peças: 1 jogo.
3.7.3 Jogo de chaves de fendas: 9 peças: 1 jogo.
3.7.4 Jogo de chaves Allen: 6 peças: 1 jogo.
3.7.5 Jogo de alicates: Inclui alicate universal, alicate de bico longo e
alicate de corte diagonal: 1 conjunto.
