UNIVERSIDADE COMUNITRIA DA REGIO DE CHAPEC - UNOCHAPEC

Questionrio

LEANDRO PAULO VIAL

CHAPEC

2015

UNIVERSIDADE COMUNITRIA DA REGIO DE CHAPEC - UNOCHAPEC

Questionrio

por

Leandro Paulo Vial

Chapec - SC, Maro de 2015

Curso de Engenharia Mecnica

7 Perodo

Laboratrio Em Cincias Trmicas

Professor Murilo Cesar Costelli

1. O que so trocadores de calor?

So dispositivos que facilitam a troca de calor entre dois fluidos que se

encontram em diferentes temperaturas, evitando a mistura de um com o outro.

2. Quais os tipos de trocadores de calor e como funciona cada um

deles? Em que situao cada um recomendado? Quais as

limitaes de uso de cada tipo de trocador?

Trocadores de carcaa e tubo

Este trocador construdo com tubos e uma carcaa. Um dos fluidos

passa por dentro dos tubos, e o outro pelo espao entre a carcaa e os tubos.

Existe uma variedade de construes diferentes destes trocadores dependendo

da transferncia de calor desejada, do desempenho, da queda de presso e dos

mtodos usados para reduzir tenses trmicas, prevenir vazamentos, facilidade

de limpeza, para conter presses operacionais e temperaturas altas, controlar

corroso, etc. Trocadores de carcaa e tubo so os mais usados para quaisquer

capacidade e condies operacionais, tais como presses e temperaturas altas,

atmosferas altamente corrosivas, fluidos muito viscosos, misturas de

multicomponentes, etc. Estes so trocadores muito versteis, feitos de uma

variedade de materiais e tamanhos e so extensivamente usados em processos

industriais.

Trocador tubo duplo

O trocador de tubo duplo consiste de dois tubos concntricos. Um dos

fluidos escoa pelo tubo interno e o outro pela parte anular entre tubos, em uma

direo de contra fluxo. Este talvez o mais simples de todos os tipos de trocador

de calor pela fcil manuteno envolvida. geralmente usado em aplicaes de

pequenas capacidades.

Trocador de calor em serpentina

Este tipo de trocador consiste em uma ou mais serpentina (de tubos

circulares) ordenadas em uma carcaa. A transferncia de calor associada a um

tubo espiral mais alta que para um tubo duplo. Alm disso, uma grande

superfcie pode ser acomodada em um determinado espao utilizando as

serpentinas. As expanses trmicas no so nenhum problema, mas a limpeza

muito problemtica.

Trocador de calor tipo placa

Este tipo de trocador normalmente construdo com placas lisas ou com

alguma forma de ondulaes. Geralmente, este trocador no pode suportar

presses muito altas, comparado ao trocador tubular equivalente.

3. O que o coeficiente de transferncia de calor global? Para que

seve? E como determinado?

um coeficiente que se define em termos da resistncia trmica total

transferncia de calor entre os dois fluidos.

O coeficiente global de transferncia de calor o parmetro mais importante

na anlise de um trocador de calor. Com ele pode-se qualificar o equipamento

em teste frente aos demais disponveis no mercado. O coeficiente global do

trocador uma varivel que depende do tempo de vida do equipamento e de sua

atual condio operacional.

Serve para apresentar uma maneira de sistematizar as diferentes

resistncias trmicas equivalentes existentes num processo de troca de calor

entre duas correntes de fluido, ou seja, se o coeficiente conhecido, o calor

trocado por unidade de tempo obtido pelo simples produto desse coeficiente

pela rea da superfcie e pela diferena de temperatura entre as faces.

determinado a partir da lei do resfriamento de Newton

1

=

1

+

1

+ + , levando-se em conta diversas consideraes.

4. Como as propriedades fsicas e qumicas dos fluidos interferem

na transferncia de calor dentro de um trocador?

Interferem diretamente na eficincia e no desempenho do trocador de calor.

As propriedades fsicas de maior interesse na troca trmica so a condutibilidade

trmica, a densidade, a viscosidade e o calor especfico, j as qumicas de maior

importncia so a corrosividade, a toxidez, a periculosidade, a inflamabilidade.

Essas influem, juntamente com algumas variveis geomtricas e de operao,

decisivamente no desempenho de um trocador de calor.

5. Explique os fenmenos de transferncia de calor por conduo,

conveco e radiao?

Conduo: a transferncia de energia trmica entre tomos ou molculas

vizinhas em uma substncia devido a um gradiente de temperatura. Em outras

palavras, um modo do fenmeno de transferncia trmica causado por uma

diferena de temperatura entre duas regies em um mesmo meio ou entre dois

meios em contato no qual no se percebe movimento global da matria na escala

macroscpica.

Conveco: a transferncia de calor de um local para outro pelo

movimento de fluidos. A presena de movimento de volumes do fluido aumenta

a transferncia de calor entre a superfcie slida e o fluido. Conveco

normalmente a forma dominante de transferncia de calor em lquidos e gases.

Radiao: a radiao eletromagntica emitida por um corpo em

qualquer temperatura, constituindo uma forma de transmisso de calor, ou seja,

por meio deste tipo de radiao ocorre transferncia de energia trmica na forma

de ondas eletromagnticas.

6. O que para que serve a Mdia Logartmica das Diferenas de

Temperatura (MLDT)? Como determinado? E o que o fator de

correo associado a MLDT?

A MLDT uma mdia logartmica da diferena de temperatura entre as

correntes quente e frias em cada extremidade do trocador.

A MLDT serve para determinar um valor mdio entre a diferena e

temperatura entre os fluidos quente e frio, nas sees de entrada e sada.

A MLDT determinada por:

= ( ) ( )

ln (( )( )

)

=

ln (

)

Onde os ndices representam:

Temperatura de entrada do fluido quente:

Temperatura de sada do fluido quente:

Temperatura de entrada do fluido frio:

Temperatura de sada do fluido frio:

O fator de correo F uma correo para o clculo da taxa mxima de

transferncia de calor. Este fator tem por objetivo corrigir a relao entre as

temperaturas terminais e a diferena de temperatura mdia para um trocador de

calor em questo.

7. O que o fator de incrustao?

Com o tempo, vo se formando incrustaes nas superfcies de troca de

calor por dentro e por fora dos tubos. Estas incrustaes (sujeira ou corroso)

vo significar uma resistncia trmica adicional troca de calor, e portanto, um

decrscimo no desempenho do equipamento. O efeito global geralmente

representado por um fator de incrustao, que deve ser considerados

juntamente som as outras resistncias trmicas no coeficiente global de

transferncia de calor.

8. Como se realiza um balano energtico em um trocador de calor?

Fazendo um balano de energia em um trocador de calor, considerado

como um sistema adiabtico, temos conforme esquema mostrado a seguir:

Calor cedido pelo fluido quente = Calor recebido pelo fluido frio.

. = .

Quando um dos fluidos submetido a uma mudana de fase no trocador,

a sua temperatura no varia durante a transformao. Portanto, o calor trocado

ser:

Onde, Htransformao o calor latente da transformao.

9. O que a efetividade de transferncia de calor? Para que serve?

Como pode ser determinado?

A efetividade () a razo entre a taxa de transferncia de calor real em

um trocador de calor e a taxa de transferncia de calor mxima possvel, varia

de 0 1 e adimensional.

Serve para mensurar o quanto o trocador funciona na pratica, ou seja,

como se fosse o rendimento de um trocador de calor.

=

10. Qual o procedimento matemtico para determinar a quantidade

de calor transferida por um trocador de calor casco tubo?

Para se determinar a quantidade calor transferida pelo trocador de calor

podemos utilizar a seguinte equao:

= .

Onde:

Cp = Calor especfico respectivo do fluido;

. = Vazo mssica;

= Gradiente de temperatura;

Em um projeto de trocador de calor onde queremos determinar uma

temperatura de sada do fluido quente podemos dizer que o fluxo de calor que

entra o mesmo que sai, igualando os fluxos a temperatura que desejamos

obter.

11. Qual o procedimento matemtico para determinar a rea de troca

trmica de um trocador de calor tubo duplo?

Para duplo tubo a rea de troca trmica pode ser determinado por:

. = ()

U = coeficiente global de transferncia de calor;

A = rea de troca trmica;