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
PONTO CRÍTICO DE PROJETO 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 interfacear com um computador externo através de uma porta USB ou interface industrial equivalente para registar, exibir e reportar 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
REQUISITO DE PROPRIEDADE CRÍTICO
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
REQUISITO DE TENSÃO DE SEGURANÇA CRÍTICA
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
Capacidade de interface com um computador externo através da porta USB ou interface industrial equivalente para registar e reportar 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
DIMENSÕES CRÍTICAS DA AMOSTRA 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.
