Os Trocadores de Calor de Tubos Concêntricos

Universidade Federal do ABC

Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas

(CECS)

Laboratório de calor e fluidos:

Experimento I: Trocadores de Calor de Tubos Concêntricos

Morgana Escaleira Ribeiro 11034713

Anderson Lima de Araújo 11028713

João Vicente Puccia 11029413

Danilo Lima de Moura 11095114

Pedro Paulo Oliveira 11048411

Prof.ª Drª. Juliana Tófano de Campos Leite

Santo André, outubro/2018

1. Resumo

Os trocadores de calor de tubos concêntricos são um dos trocadores mais simples disponíveis

no mercado. Sua configuração é composta em dois tubos, um dentro do outro de modo que o

fluido quente e o frio são separados apenas pelo tubo de menor diâmetro, normalmente

fabricados por um material de alta condutividade térmica. Há duas configurações possíveis

neste tipo de trocador, fluidos concorrentes e contracorrentes, sendo que este último possui

maior eficiência, como foi verificado nos experimentos. Ao final do experimento verificou-se

que todas eficiências eram muito próximas a 100% e algumas com valores até acima,

violando leis de conservação de energia. Isto foi causado pela perda de calor para o ambiente.

2. Introdução

Trocadores de Calor são equipamentos utilizados para efetuar a troca de calor

entre fluidos em diferentes temperaturas e podem ser classificados conforme apresentado

na Figura 01.

Figura 01: Diagrama de esquemático de classificação dos Trocadores de Calor

Fonte: Elaboração própria do autor, dados de BOHÓRQUEZ, W.

Como apresentado na Figura 01, a troca de calor pode ocorrer com contato direto,

onde os fluidos são separados pela imiscibilidade natural dos fluidos de trabalho e

envolve transferência de massa, além da transferência de calor, e, por contato indireto,

onde os fluidos são separados por paredes paredes sólidas que direcionam os fluidos e

definem a área de troca térmica.

O trocador de calor de tubos concêntricos é do tipo de contato indireto, com tubo

duplo. Neste trocador, um fluido escoa pelo tubo interno e o outro pela parte anular entre

tubos, podendo ser escoamento em paralelo, Figura 02 - a, ou contracorrente, Figura 02 -

b.

Figura 02: Trocadores de Calor de Tubo Concêntrico escoamento em paralelo e em

contracorrente

Fonte: CDC EQUIPAMENTOS

Este tipo de trocador de calor é geralmente utilizado em aplicações de pequenas

capacidades. Possui fácil manutenção, montagem e limpeza.

A medição de temperaturas foi realizada com a utilização de termopares, sensor

constituído por metais distintos unidos em suas extremidades e ligados a um termômetro

[OMEGA]. A medição é possível pela diferença de potencial que ocorre entre os metais

devido às temperaturas distintas, chamado efeito Seebeck [DA SILVA].

Segundo Flávio Leonimer de Melo, existem 10 tipos de termopares:

● Tipo K: termopar de baixo custo, utiliza fios de Cromel e de Alumel e possui

range de trabalho entre -200ºC e 1370ºC, a depender da bitola do instrumento;

● Tipo E: termopar de elevada sensibilidade, utiliza fios de Cromel e de

Constantan e é adequado para aplicações em baixas temperaturas;

● Tipo J: termopar mais antigo, utiliza fios de Ferro e de Constantan e range de

trabalho entre -40ºC e 750ºC;

● Tipo N: termopar de elevada estabilidade e resistência à oxidação, utiliza fios

de Nicrosil e de Nisil e é adequado para aplicações em elevadas temperaturas;

● Tipo B: termopar estável e de reduzida sensibilidade, utiliza fios de Platina e

de Ródio Platina e possui range de trabalho adequado entre 300ºC e 1800ºC;

● Tipo R: termopar de reduzida sensibilidade e custo elevado, utiliza fios de

Platina e de Ródio Platina e possui range de trabalho adequado até 1600ºC;

● Tipo S: termopar de reduzida sensibilidade, custo elevado e alta estabilidade,

utiliza fios de Platina e de Ródio Platina e possui range de trabalho adequado

até 1600ºC;

● Tipo T: termopar que utiliza fios de Cobre e de Constantan e possui range de

trabalho entre 270ºC e 400ºC;

● Tipo C: termopar utilizado em fornos a vácuo, utiliza fios de Tungstênio e de

Rênio e possui range de trabalho entre 0ºC e 2320ºC;

● Tipo M: termopar utilizado em fornos a vácuo, utiliza fios de Níquel e de

Molibidênio e possui range de trabalho entre 0ºC e 1400ºC.

A escolha do modelo a ser utilizado depende das temperaturas de trabalho e da

exatidão necessária, principalmente.

3. Objetivo

O objetivo deste trabalho