Artigo Trocador de calor

ESTUDO DE CASO – FUNCIONAMENTO DE UM TROCADOR DE CALOR

Beatriz Ullrich^[1] (FAHOR) [e-mail]

Suelen Aline Schneiders^[2] (FAHOR) [e-mail]

Resumo

O presente trabalho tem por objetivo conhecer o funcionamento dos trocadores de calor, os meios de propagação de calor e também os tipos de trocador de calor. Os quais podem ser utilizados pelos diversos profissionais envolvidos na área da engenharia. A proposta desse trabalho foi através de pesquisas bibliográficas e visita técnica a empresa John Deere, entender o funcionamento deste equipamento, assim adquirir base teórica em troca de calor e conhecimento para calcular as variáveis independentes envolvidas no trocador, tais como temperatura, pressão e velocidade. Através das pesquisas aprenderem qual a relação entre o material utilizado na construção do trocador de calor, as características geométricas, o fluxo de temperatura e do coeficiente de condutividade térmica dos fluidos onde cada item sitado anteriormente interfere na eficiencia deste equipamente. No desenvolvimento desta atividade foram utilizados livros técnicos com o intuito de definir os temas propostos, assim como adquirir conhecimento suficiente sobre o assunto.

Palavras-Chave: Trocador de calor, temperatura, eficiência.

1. Introdução

O problema de pesquisa foi realizado com o intuito de estudar o funcionamento de um trocador de calor de placas. Com o objetivo de aprimorar os conhecimentos em relação as trocas de calor que acontecem em determinados sistemas. Conhecendo alguns tipos de trocadores de calor e compreendendo o seu funcionamento, bem como sua utilização em determinados setores da indústria.

Através do estudo de caso e da pesquisa bibliográfica procurou-se relacionar o funcionamento de um trocador de calor com o conteúdo do componente curricular de Física II, associando a teoria obtida em sala de aula com a prática realizada no estudo de caso.

Segundo Çengel e Ghajar (2012, pg. 629); trocadores de calor são dispositivos que facilitam a troca de calor entre dois fluidos ambos em temperaturas diferentes, evitando que estes fluidos entrem em contato.

A transferência de energia térmica de um sistema para outro, pode ser feita de várias formas, uma delas é através de um equipamento, chamado de trocador de calor, muito comum de ser encontrada em indústrias. Os trocadores podem ser classificados de diversas maneiras: quanto ao modo de troca de calor, quanto ao número de fluidos, tipo de construção, entre outros.

1. Revisão da Literatura

Processos de propagação de calor

A propagação do calor acontece através das moléculas dos corpos envolvidos no sistema de aquecimento, são elas as responsáveis pelas trocas de calor. As moléculas reagem com o aumento de temperatura, aumentando a intensidade das suas vibrações, o que causa colisões entre elas. Essas colisões geram uma trasnferência de energia entre as moléculas, de modo que a temperatura aumente no corpo com menor temperatura.

Temperatura é a medida que dá uma ideia do grau de agitação das partículas (átomos ou moléculas) que constituem o corpo, isto é, quanto maior o estado de agitação daquelas partículas maior será a sua temperatura.  (HERSKWICZ, Gerson; PENTEADO Paulo C.M.; SCOLFARO, Valdemar; 1997 pg. 242)

Sempre que ocorrer uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios acontecerá uma transferência de calor. Isso porque a energia permanecerá em trânsito, devido a uma diferença de temperatura, esse processo é chamado de transferência de calor.

Os corpos ao perderem ou ao ganharem calor, mudam o estado de agitação das moléculas, consequentemente, mudam a temperatura dos corpos, ou então, mudam a forma de ligação das moléculas do corpo, mudando seu estado físico.

Desta forma, existem dois tipos diferentes de calor que influenciam nas mudanças de caraterísticas dos corpos, o calor sensível e o calor latente. O calor sensível acarreta num corpo mudanças de temperatura, mas não muda a forma de ligação, no entanto, o calor latente acarreta mudanças na forma de ligação das moléculas do corpo, mas sem mudar a sua temperatura.

Um exemplo de transferência de calor é quando dois corpos apresentam diferentes temperaturas e são colocados em contato direto, ocorrendo então uma dieferença na temperatura do corpo que possui a menor temperatura, até que haja a equivalência de temperatura entre eles, ou seja, até que o sistema atinja seu equilíbrio térmico.

Esta transferência de calor pode acontecer de três maneiras diferentes, por condução, convecção ou irradiação.

[pic 1]

Princípio das trocas de calor, 2010.

Condução

É o processo de transmissão de calor em que a energia térmita passa de um local para o outro através das partículas do meio que os separa. Na condução, a passagem da energia térmica de uma região para outra se faz da seguinte maneira: na região de maior temperatura, as partículas estão mais energizadas, vibrando com maior intensidade; assim, estas partículas transmitem energia para as partículas vizinhas, menos energizadas, que passa a vibrar com intensidade maior; estas, por sua vez, transmitem energia térmica para as seguintes, e assim sucessivamente.

Segundo Young et al. (1984 pg. 364) somente ocorrerá condução de calor, quando os corpos tiverem temperaturas diferentes um do outro, pois o sentido do fluxo de calor é sempre dos pontos de temperaturas mais altas para as mais baixas.

Notemos que, se não existissem as partículas constituintes do meio, não haveria a condução de calor. Portanto, a condução de calor é um processo que exige a presença de um meio material para a sua realização, não podendo ocorrer no vácuo (local isento de partículas).

A equação que estuda tal fenômeno é:

[pic 2]

 → Fluxo de calor por condução em cal/s[pic 3]

K → Condutividade térmica do material em [pic 4]

∆θ → diferença de temperatura entre as extremidades θA - θB

A → área transversal ao fluxo de calor

L → comprimento longitudinal do corpo

[pic 5]

Princípio das trocas de calor, 2010.

Convecção

A convecção pode ser natural, quando é ocasionada por diferenças de densidade devido à diferença de temperatura entre as massas de fluido, ou forçada, quando é ocasionada por bombas ou ventiladores. Observemos que na convecção não há passagem de energia de um corpo para outro, mas apenas estes é que mudam de posição.