1- INTRODUO

Captulo 2 - TROCADORES DE CALOR Pg. - 1

CAPTULO 2

TROCADORES DE CALOR

AULA 3

1- INTRODUO

Trocadores de Calor so equipamentos onde se processa a troca de energia entre dois fludos. Um fluido frio ao receber a energia na forma de calor vinda de um outro fluido quente ter sua energia aumentada na mesma quantidade que foi diminuda no fluido quente ( 1a Lei da Termodinmica ).

Nos trocadores de calor mais simples, os fluidos quente e frio so misturados diretamente. Os mais comuns, contudo, so aqueles em que os fluidos so separados por uma parede. Este tipo, tambm chamado de recuperador, pode variar desde uma simples parede plana entre os dois fluidos at configuraes mais complexas envolvendo passes mltiplos, aletas e chicanas.

A troca de calor ocorre por pelo menos dois dos trs processos de transmisso de calor (conduo, conveco e radiao).

Muitos fatores influem no projeto de trocadores de calor, incluindo a anlise trmica, tamanho, peso, resistncia estrutural, perda de carga, custo. Neste trabalho, atentaremos apenas anlise trmica.

Os padres de projeto segundo a resistncia estrutural so encontrados na ASME Code for Unfired Pressure Vessels. Os padres de fabricao so encontrados no STANDARDS OF TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS ASSOCIATION - (TEMA) .2- TIPOS DE TROCADORES DE CALOR

Existem trocadores de calor que empregam a mistura direta dos fluidos, como por exemplo torres de refrigerao e aquecedores de gua de alimentao, porm so mais comuns os trocadores nos quais os fluidos so separados por uma parede ou partio atravs da qual passa o calor. Alguns dos tipos mais importantes so:

2.1 - Duplo Tubo

So formados por dois tubos concntricos. Pelo interior do primeiro ( mais interno ) passa um fluido e, no espao entre as superfcies externa do primeiro e interna do segundo, passa o outro fluido. A rea de troca de calor a rea do tubo interno. Tem as vantagens de ser simples e ter custo reduzido. O grande inconveniente a pequena rea de troca de calor e dificuldade para limpeza mecnica.

2.2 - Serpentina

Formado por um tubo enrolado na forma de espiral, a serpentina, a qual colocada em uma carcaa ou recipiente. A rea de troca de calor rea da serpentina. Permite maior rea de troca de calor que o anterior e tem grande flexibilidade de aplicao, sendo usado principalmente quando se quer aquecer ou resfriar um lquido.

2.3 - Multitubular

Formado por um feixe de tubos paralelos contidos em um tubulo cilndrico denominado de casco. Um dos fluidos (fluido dos tubos) escoa pelo interior dos tubos, enquanto que o outro ( fluido do casco ) escoa por fora dos tubos e dentro do casco. Tambm conhecidos como tipo casco-tubos ( shell and tube ), so os mais usados na indstria porque oferecem uma grande rea de troca de calor.

Se os fluidos escoam no mesmo sentido, o trocado conhecido como sendo de correntes paralelas. Se os fluidos escoam em sentido contrrio, chamado de contracorrente.

Em trocadores de correntes cruzadas, os fluidos escoam em ngulo reto. Se o fluido escoar separado por aletas (tal como o ar em radiadores), identificamos tal situao como fluido no misturado. Se estiver escoando livremente o fluido chamado de misturado.

A figura 2.1 abaixo mostra um trocador casco-tubos no qual o fluido a escoa dentro dos tubos em dois passes e o fluido b escoa atravs da carcaa. Nota-se a existncia de diversas chicanas, o que fora o fluido do casco escoar quase em correntes cruzadas, aumentando a eficincia do trocador de calor.

Se um dos fluidos do trocador condensa ou evapora, o trocador tambm denominado condensador ou evaporador, respectivamente.

Figura 2.1 - trocador de calor multitubularOs principais componentes de um trocador multitubular so: casco ( ou carcaa ), espelhos, feixe de tubos, tampas, chicanas e os bocais de entrada e sada dos fluidos.

Os defletores ou chicanas so normalmente utilizados para aumentar o coeficiente de pelcula do fluido do casco pelo aumento da turbulncia e da velocidade de escoamento deste fluido.

3 - NORMAS

Dentre as normas pertinentes Trocadores de Calor, destacam-se as seguintes:

3.1 - American Society of Mechanical Engineers (ASME) Code for Unfired Pressure Vessels3.2 - Standards of Tubular Exchanger Manufactores Association - (TEMA)4 - TRABALHO PRTICO

4.1 - Objetivo

Este trabalho tem por objetivo proporcionar ao aluno a visualizao de uma instalao onde se processa a troca de calor entre dois fluidos e , atravs dela, efetuar a aplicao prtica de conceitos da termodinmica e de transferncia de calor.

4.2 - Procedimento

O trabalho ser desenvolvido junto a uma instalao que est representada no esquema abaixo.

1

Entrada do fluido quente

4

sada do 3

fluido frio entrada do fluido frio

trocador de 2

calor sada do

fluido quente

Nesta instalao, os fluidos envolvidos na troca de calor so vapor dgua (fluido quente) e gua de refrigerao (fluido frio)

4.2.1 - Efetue as leituras de temperaturas e presses (que forem necessrias) e encontre os valores de entalpias, de modo a preencher a tabela abaixo:

estadotemperatura

(C)presso

(Kpa)entalpia

(KJ/kg)

1

2

3

4

4.2.2 - Determine as vazes mssicas dos dois fluidos. Para o fluido quente (vapor) a determinao dever ser feita pelo leitura da vazo volumtrica atravs do rotmetro (medidor de vazo volumtrica) instalado na linha de vapor e pela determinao do volume especfico do vapor em uma tabela termodinmica.

Vazo em massa (kg/s) = vazo volumtrica (m3/s) volume especfico (m3/h)

Para o fluido frio, utilize um recipiente e cronmetro, medindo em uma balana a massa coletada em um determinado perodo de tempo.

4.2.3 - Aplicando a primeira lei da termodinmica, calcule a quantidade de calor recebida pelo fluido frio e a cedida pelo fluido quente, comparando estes valores.

As equaes da termodinmica a serem utilizadas so as seguintes:

Calor cedido pelo vapor, atravs das leituras efetuadas para o vapor:

Calor recebido pela gua, atravs das leituras efetuadas para a gua.

ou

4.2.4 - Encontre a rea de troca de calor, na plaqueta de identificao do equipamento ou em catlogo tcnico ou ainda medindo o dimetro , comprimento e quantidade de tubos.

4.2.5 - Utilizando a equao de transmisso de calor atravs de superfcies, determinar o coeficiente global de transmisso de calor e o fator de incrustao.

Coeficiente de transmisso de calor:

onde a mdia logartmica da diferena de temperatura encontrada pela equao:

sendo os ndices:

M = referente diferena maior de temperatura entre os dois fluidos.

m = referente diferena menor de temperatura entre o fluidos.

Fator de incrustao ( f ):

4.3- Relatrio

Emitir relatrio apresentando os resultados obtidos no item 4.2. O relatrio dever ser elaborado de acordo com a padronizao estabelecida para o curso.

5 - BIBLIOGRAFIA5.1 - Processos de Transmisso de Calor

Donald Q. Kern

Editora Guanabara

5.2 - Manual de Termodinmica e Transmisso de Calor

Remy Benedito Silva

Grmio Politcnico - Editora da USP

5.3 - Fenmenos de Transporte

Donald R. Pitts e Leighton E. Sissom

Mac Graw Hill - 1981

5.4 - Princpios de Transmisso de Calor

Frank Kreith

3a edio traduzida

Ed. Edgard Blcher Ltda.

5.5 - Cambiadores de Calor

Romano Gregorig

Enciclopedia de la Tecnologia Qumica

Tcnica de Procesos en las Ind. Quimicas y dericadas

Ediciones URMO

5.6 -Elementos de Termodinamica y Transmisso de Calor

Edward F. Obert / Robert L. Young

Compania Editorial Continental S.A.

Mxico - 2a ed. Traduzida

_994828440.unknown

_994828441.unknown

_984820237.unknown

_994828439.unknown

_984821140.unknown

_981822975.unknown