RELATÓRIO 06: TROCADORES DE CALOR

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

LUCCA SALIS

NATHAN MONTICIELLI

RELATÓRIO 06: TROCADORES DE CALOR

        

BELO HORIZONTE

 2022

LUCCA SALIS

NATHAN MONTICIELLI

RELATÓRIO 06: TROCADORES DE CALOR

Relatório acadêmico apresentado à disciplina de Termodinâmica referente ao curso de Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como ativididade de avaliação.

BELO HORIZONTE

2022

1 INTRODUÇÃO

Trocadores  de  calor  possuem  várias  aplicações  na  engenharia,  como  aquecimento  ou  resfriamento  de  ambientes,  condicionamento  do  ar,  em  processos químicos. É um equipamento utilizado na troca térmica entre dois ou mais fluidos de diferentes temperaturas, separados por uma parede.

Há vários tipos de trocadores de calor, estes podem ser classificados por sua forma construtiva: cascos e tubos, duplo tubo e placas; e também o tipo de escoamento: paralelo, contracorrente, múltiplos passes e cruzado.

Devido as suas muitas aplicações, a pesquisa e o desenvolvimento dos trocadores  de  calor  têm  uma  longa  história,  mas  ainda  se  busca  o aperfeiçoamento  do  projeto  e  do  desempenho  dos  trocadores,  baseada  na crescente preocupação com a conservação de energia.  

O  projeto  completo  de  um  trocador  pode  ser  divido  em  três  partes principais:

∙  Análise térmica: na maior parte, se preocupa com a determinação da  área  necessária  para  a  transferência  de  calor  para determinadas  condições  de  temperaturas  e  escoamentos  dos fluidos.

∙  Projeto  mecânico  preliminar:  envolve  considerações  sobre  as temperaturas  e  pressões  de  operação,  as  características  de corrosão de uma ou de ambos os fluidos, as expansões térmicas relativas e tensões térmicas e, a relação de troca de calor.

∙  Projeto  de  fabricação:  requer  a  translação  das  características físicas e dimensões em uma unidade,  que  pode ser fabricada  a baixo  custo,  e  os  procedimentos  na  fabricação  devem  ser especificados.

Para  que  a  máxima  economia  seja  atingida,  a  maioria  das  indústrias  de trocadores de  calor adotam  linhas  padrões.  Estes, estabelecem os diâmetros dos tubos e as relações de pressões promovendo a utilização de desenhos defabricação padrões. O engenheiro especialista em instalações de trocadores de calor  em  unidades  de  energia  e  métodos  de  instalação,  é  solicitado frequentemente para selecionar a unidade de troca de calor adequada a uma aplicação particular. A seleção requer uma análise térmica, para determinar se uma  unidade  padrão de  tamanho e geometria especificados,  pode  preencher os  requisitos  de  aquecimento  ou  resfriamento  de  um  dado  fluido,  com  uma razão especificada, neste tipo de análise deve ser levado em conta, no que diz respeito  ao  custo,  a  vida  do  equipamento,  facilidade  de  limpeza  e  espaço necessário, além de estar em conformidade com os requisitos dos códigos de segurança da American Society of Mechanical Engineers – ASME (Sociedade dos Engenheiros Mecânicos do Estados Unidos).  

O  trocador  de  placas tem grande flexibilidade  de alteração  da  área de troca,  ocupa  pouco  espaço,  consegue  ter  alta  eficiência  na  transferência  de calor  e  tem  baixo  custo  inicial  (comparado  com  outros  tipos  de  trocadores), estas são uma das maiores vantagens deste equipamento. Já na desvantagem está  que  geralmente  este  tipo  de  trocador  não  consegue  suportar  altas pressões (até 1,5 MPa) e deve ser operado em temperaturas moderadas (até 150 ºC).

2 OBJETIVO

2.1 Objetivo geral  

∙  Realizar na prática o experimento de troca de calor em um trocador de calor  de  placas  nas  configurações  concorrente  e  contracorrente  para posterior análise de dados.

2.2 Objetivos específicos  

∙  Calcular o coeficiente global de transferência de calor experimental nas configurações concorrente e contracorrente;

∙  Estimar  o  coeficiente  global  de  transferência  de  calor  com  base  nas propriedades termofísicas do fluido utilizado (em suas respectivas faixas de temperatura) e comparar com o valor experimental nas configurações concorrente e contracorrente;

∙  Determinar a eficiência térmica do trocador de placas nas configurações concorrente e contracorrente;

∙  Determinar  o  calor  trocado  entre  os  fluidos  no  trocador  de  placas  nas configurações concorrente e contracorrente

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Trocador de calor é um equipamento utilizado na troca térmica entre dois ou  mais  fluidos  de  diferentes  temperaturas,  separados  por  uma  parede.  São amplamente  utilizados  em  processos  industriais  onde  se  deseja  aquecer  ou resfriar um fluido.  

Os  mais  comuns  são  os  trocadores  de  calor  em  que  um  fluido  se encontra separado do outro por meio de uma parede, através da qual o calor se  escoa.  Existem  várias  formas  destes  equipamentos,  variando  do  simples tubo  dentro  de  outro.  Podem  ser  classificados  por  sua  forma  construtiva: cascos e tubos, duplo tubo e placas; e também o tipo de escoamento: paralelo, contracorrente, múltiplos passes e cruzado.

As  propriedades  físicas  de  maior  interesse  na  troca  térmica  são  a condutividade  térmica,  viscosidade,  calor  específico  e  massa  específica,  elas influenciam  em toda  a operação  e  desempenho de  um  trocador de  calor.  As pressões dos fluidos dependem do resto do sistema, ou em alguns casos, onde há  uma  exigência  específica  do  processo,  a  pressão  é  determinada.  A velocidade de escoamento interfere em alguns aspectos, como a eficiência de troca térmica, perda de carga e depósito de sujeira. O depósito de sujeira na superfície  de  um  trocador  de  calor  aumenta  a  resistência  a  transferência  de calor, diminuindo a eficiência de troca térmica e aumentando a perda de carga.