Trocador De Calor

Sumário

1. INTRODUÇÂO: 4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................5

3. OBJETIVOS 8

3.1. Objetivo Geral 8

3.2. Objetivos Específicos 8

4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 8

4.1. Materiais: 8

4.2. Metodologia: 8

5. RESULTADOS E DISCUSSÃO: 10

6. CONCLUSÃO 23

REFERÊNCIAS.............................................................................................................23

INTRODUÇÂO:

Trocadores de calor são importantes processos na indústria que visam aquecer ou resfriar um fluido de processo na indústria química. A troca térmica pode ser feita em diversas configurações e modelos de trocadores de calor, contanto que o fluido de processo atinja a temperatura desejada com o menor custo possível.

A característica mais comum entre os diversos modelos de trocador de calor é a transferência de calor de uma fase quente para uma fase fria. Em alguns casos, o fluido utilizado para fornecer ou retirar calor do fluido de processo é um fluido reciclado oriundo de algum processo. Esse reciclo economiza energia no aquecimento prévio de um fluido, como por exemplo em uma caldeira, porém deve-se precaver quanto às propriedades físico-químicas deste fluido.

Na operação de trocadores de calor, fluidos corrosivos devem ser evitados, uma vez que o material de construção de um trocador de calor tem baixa resistência à corrosão. Além disso, as diferenças de temperatura em um trocador de calor propiciam um ambiente que facilita a corrosão.

Trocadores de calor estão presentes em equipamentos corriqueiramente utilizados. O ar-condicionado é um trocador de calor que visa retirar calor de um ambiente; o radiador de um carro é um trocador de calor com objetivo de resfriar o motor. Na indústria química, trocadores de calor são comumente utilizados em reatores químicos, produção de vapor em caldeiras e na recuperação de calor, por exemplo.

O dimensionamento de um trocador de calor é considerado importante para atender aos requisitos de projeto. Porém, existem diversos padrões que podem ser adquiridos pelas indústrias. A aquisição desses padrões deve ser realizada de forma a satisfazer as condições que se deseja para o fluido de processo. 

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA:

O processo de troca de calor entre dois fluidos que se encontram em diferentes temperaturas ocorre em muitas aplicações da engenharia. O equipamento utilizado para essa troca é chamado trocador de calor. Esses trocadores de calor são classificados em função da configuração do escoamento e do tipo de construção.

O sentido dos fluidos pode ser classificado como cocorrente, onde os fluidos se movem no mesmo sentido, entrando em uma mesma extremidade e deixando o equipamento também na mesma extremidade. Outra classificação em relação ao sentido do escoamento é contracorrente, onde os fluidos se movem em sentidos opostos, eles entram por extremidades opostas, escoam em sentidos opostos e deixam o equipamento em extremidades opostas. Alem dessas, os trocadores podem ser classificados em escoamento cruzado, onde um fluido escoa perpendicularmente ao outro e com ou sem aletas, o que diferencia os fluidos como misturado e não misturado.

Em relação ao tipo de construção do trocador de calor, eles podem ser diferenciados como concêntricos (ou bitubular), que consiste na configuração de um tubo dentro do outro onde um fluido escoa dentro do tubo interior e o outro na região anelar da configuração. Ou como casco e tubos, onde as formas especificas desse tipo de trocador de calor diferem de acordo com os números de passes no casco e nos tubos. A forma mais simples desse trocador é a configuração com um passe nos tubos e no casco. Podem também ser instaladas chicanas para aumentar o coeficiente convectivo no fluido do lado do casco, induzindo turbulência e um componente de velocidade na direção do escoamento cruzado.

Uma etapa essencial, e geralmente a mais imprecisa de qualquer análise de trocadores de calor é a determinação do coeficiente global de transferência de calor (U). Esse coeficiente é definido em função da resistência térmica total a transferência de calor entre dois fluidos. O coeficiente de transferência global pode ser calculado a partir da seguinte relação:

q=UA∆T_ml,

Onde A é a área referente a superfície de troca termina, q é o calor trocado entre o fluido quente e o fluido frio e ∆Tml é uma média apropriada de diferenças de temperatura, chamada de média logarítmica. Essa média pode ser calculada através da relação a seguir.

∆T_ml=(∆T_2-∆T_1)/(ln((∆T_2)/(∆T_1 )))

Em escoamento paralelo:

∆T1 = Tq,entra – Tf,entra

∆T2 = Tq,sai – Tf,sai

Já em escoamento contracorrente:

∆T1 = Tq,entra – Tf,sai

∆T2 = Tq,sai – Tf,entra

A relação entre essas variações de temperatura para a configuração em contracorrente pode ser compreendida a partir do esquema representado baixo. O mesmo princípio é utilizado para construção do esquema para a configuração com correntes paralelas.

Figura 1: Variações de temperatura para configuração em contracorrente. Adaptado de (Incropera, 2008).

Para o cálculo do calor, q, considera-se que não há perda de calor para o ambiente, ou seja, a quantidade de calor que o fluido frio recebe é a mesma quantidade que o fluido