UNIVERSIDADE COMUNITRIA DA REGIO DE CHAPEC - UNOCHAPECQuestionrioLEANDRO PAULO VIALCHAPEC 2015UNIVERSIDADE COMUNITRIA DA REGIO DE CHAPEC - UNOCHAPECQuestionrioporLeandro Paulo VialCurso de Engenharia Mecnica7 PerodoLaboratrio Em Cincias TrmicasProfessor Murilo Cesar CostelliChapec - SC, Maro de 2015

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 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 deenergia trmicaentre tomos ou molculas vizinhas em uma substncia devido a umgradiente de temperatura. Em outras palavras, um modo do fenmeno de transferncia trmica causado por uma diferena detemperaturaentre 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: aradiao eletromagnticaemitida por um corpo em qualquertemperatura, constituindo uma forma de transmisso decalor, 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:

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;