Relatório Trocador de Calor

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Universidade do Estado do Rio de Janeiro 
Faculdade de tecnologia - FAT 
 Laboratório de Engenharia Química II 
 
 
Alaina Lima de Paula 
 Beatriz Pires de Oliveira 
 Gabriel de Almeida Garcia 
 Gabrielle Albuquerque Maciel 
 Ingrid Militão da Costa 
 Luiz Felipe Marcondes Carvalho 
 Naiara Firmiano Fabiano da Silva 
 Nathalia Alvim de Souza 
 
 
 
 
Trocador de Calor 
 
 
 
 
Resende 
2021 
 
0 
 
 
 
 
Trocador de Calor 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado como 
requisito parcial da aprovação da 
disciplina de Laboratório de 
Engenharia Química II da 
Faculdade de Tecnologia - FAT - 
UERJ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resende 
2021 
1 
 
RESUMO 
Trocadores de calor são equipamentos utilizados para promover a troca de calor entre 
correntes de fluidos, podendo ser de vários tipos. Na indústria são utilizados no lugar de 
fornos para aumentar eficiência e para diminuir o custo do processo. 
No experimento vimos o trocador de calor de casco e tubo e o trocador de calor 
bitubular (contra-corrente e cocorrente). Para podermos calcular o coeficiente de troca 
térmica vimos que ele depende do coeficiente convectivo que é influenciado por diversos 
fatores. 
 
 
 
2 
 
LISTA DE SÍMBOLOS 
q- taxa de transferência térmica (W/m²) 
k- condutividade térmica (W/[m.K]) 
ε a - efetividade do trocador (adm) 
h- coeficiente convectivo ( W /[ m².K]) 
Cp-calor específico (kj/Kg.K) 
U-coeficiente global de transferência de calor(W/m2.K) 
Nu- Número de Nusselt(adm) 
m- vazão volumétrica(m3/s) 
Di-diâmetro interno (m) 
Do-diâmetro externo(m) 
Th- temperatura do fluido quente(ºC) 
Tc-temperatura do fluido frio(ºC) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
SUMÁRIO 
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5 
1.1 Trocador de Calor 5 
1.2 Eficiência e efetividade do trocador de calor 6 
1.3 Aplicação 8 
2 OBJETIVO 9 
3 METODOLOGIA 10 
3.1 Aparato experimental 10 
3.1.1 Aparato de Casco e Tubo: 10 
3.1.2 Aparato Bitubular 11 
3.2 Procedimento Experimental 13 
3.2.1 Procedimento experimental para o trocador de Casco e Tubo: 13 
 3.3 Equações 14 
 3.3.1 Trocadores de calor casco e tubo experimental e teórico 14 
 3.3.2 Trocadores de calor bitubular experimental e teórico 19 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 24 
4.1 Trocador casco e tubo 24 
4.2 Trocador bitubular 2 9 
5 CONCLUSÃO 31 
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 32 
ANEXO 1: MEMÓRIA DE CÁLCULO PARA O EXPERIMENTO 1 (CASCO E 
TUBO). 
ANEXO 2: MEMÓRIA DE CÁLCULO PARA O EXPERIMENTO 2 (BITUBULAR). 
ANEXO 3: MEMÓRIA DE CÁLCULO PARA O U TEÓRICO. 
ANEXO 4: SLIDES DA APRESENTAÇÃO ORAL. 
 
4 
 
1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
 
1.1 Trocador de Calor 
Trocadores de calor são equipamentos utilizados para promover a troca de calor entre 
correntes. Eles podem ser de vários tipos, entre eles estão: Duplo Tubo, Casco e Tubo e 
Placas. 
 
● Duplo tubo: 
O trocador duplo tubo também chamado de bitubular é composto por dois tubos 
concêntricos, geralmente com trechos retos e com conexões apropriadas nas extremidades de 
cada tubo para dirigir os fluidos de uma seção reta para outra. Neste trocador acontece a troca 
de calor através do tubo interno. 
 
Figura 1:Esquema de um trocador duplo tubo 
 
● Casco e Tubo: 
O trocador de calor casco e tubo é composto por um casco cilíndrico, que contém um 
conjunto de tubos, colocados em paralelo ao eixo longitudinal do casco. Nos quais são 
presos, em suas extremidades, as placas perfuradas denominadas espelhos e a cada furo 
corresponde a um tubo do feixe. Os espelhos são presos ao casco. Os tubos que compõem o 
feixe atravessam várias placas perfuradas, as chicanas, que servem para direcionar o fluido 
que escoa por fora dos tubos e também para suportar os tubos. No trocador um dos fluidos 
escoa pelo interior dos tubos e outro por fora dos tubos. 
A distribuição dos tubos segue um padrão no qual eles sejam possível alocar em um 
determinado diâmetro, depende do diâmetro externo do tubo, da distância e arranjo dos tubos 
que compõem o feixe e o número de passagens no lado do tubo. 
5 
 
 
Figura 2:Esquema de um trocador Casco e Tubo 
 
● Placas: 
O trocador de placas consiste de um suporte, onde placas independentes de metal, 
sustentadas por barras, são presas por compressão, entre uma extremidade móvel e outra fixa. 
Entre placas adjuntas formam-se canais por onde os fluidos escoam. 
 
Figura 3 : Trocador tipo placa 
 
1.2 Eficiência e efetividade do trocador de calor 
Para a realização dos cálculos será necessário adotar algumas hipóteses: 
● Regime permanente 
● Capacidades caloríficas das correntes constantes 
● Coeficientes de transferências constantes ao longo da área de troca térmica 
● Condução térmica na direção axial desprezível; 
● Não há transferência de calor para o ambiente; 
● Não há geração de calor; 
● Variações de energia cinética e potencial gravitacional desprezíveis. 
 
Para os cálculos usamos o método da Média Logarítmica de diferença de 
temperatura(LMTD). 
6 
 
 
Equação 1: Método LMTD. 
 
Após calculo do LMTD pode se calcular a o Q a partir da fórmula: 
 
Equação 2: Cálculo de Q. 
 
 Assim podemos achar o U a partir da fórmula : 
 
Equação 3: Cálculo do U. 
 
 Uma outra forma de se calcular é pela equação: 
 
Equação 4: Cálculo do U. 
 
● Eficiência 
É a razão entre a carga térmica e a máxima carga térmica que as condições 
termodinâmicas permitem e é dada pela equação: 
 
Equação 5: Cálculo da eficiência. 
Observação:não utilizamos essa equação para realizar nossos cálculos 
7 
 
1.3 Aplicação 
Os trocadores de calor têm uma ampla gama de aplicações, são utilizados como 
componentes de sistemas de ar-condicionado e refrigeração ou sistemas de aquecimento. 
Muitos processos industriais requerem um certo nível de calor para funcionar, e os fornos são 
usados para isso, mas geralmente é necessário ter cuidado para evitar que esses processos 
fiquem muito quentes. 
Nas fábricas, os trocadores de calor precisam manter as máquinas, produtos químicos,água, gás e outras substâncias em temperaturas operacionais seguras. Os trocadores de calor 
também podem ser usados para capturar e transferir vapor ou calor liberado como um 
subproduto de um processo ou operação, de modo que o vapor ou calor possa ser utilizado em 
outro lugar, aumentando assim a eficiência e economizando os orçamentos de uma indústria. 
8 
 
2 OBJETIVO 
 
O objetivo da prática é verificar experimentalmente o funcionamento de um trocador 
de calor, e gerar um modelo matemático para descrever o processo. O coeficiente de 
transferência de calor convectivo é nosso parâmetro mais importante, e seu valor deve ser 
determinado em função de quatro condições diferentes. Durante a prática conseguimos 
observar as temperaturas de entrada e saída no decorrer do tempo nos dois tipos de 
escoamentos. 
9 
 
3 METODOLOGIA 
 
3.1 Aparato experimental 
Serão divididos neste tópico, os dois procedimentos experimentais: Casco e tubo e 
Bitubular. 
3.1.1 Aparato de Casco e Tubo: 
O sistema experimental consiste de um trocador de calor de casco e tubos; um banho 
térmico com reciclo; termopares; painel com indicador de temperatura e chave liga-desliga; 
um reservatório com água e uma bomba centrífuga, conforme Figura 4. 
 
Figura 4: Conjunto experimental de trocador de calor de casco e tubo. 
FONTE: MANUAL CASCO E TUBO 
 
O trocador de calor é tipo casco e tubos 1-2, APEMA TST30-2BV (nº de série 24762). 
O casco é em aço carbono com diâmetro interno de 60,3 mm, contendo internamente 
14 tubos de cobre com diâmetro externo dos tubos de 9,53 mm, espessura 0,79 mm e 
comprimento de 240 mm. 
A área de troca de calor é de 0,10 m². 
 
Possui duas chicanas com corte horizontal de 27%, espaçamento entre as chicanas de 
80 mm e espaçamento entre a primeira chicana e o espelho de 91 mm. 
10 
 
Os bocais são de �⁄�”. 
A bomba centrífuga de 1/3 HP (220V) é acoplada à caixa d’água de 100 L, com boia. 
A tubulação de descarga da bomba (3/4”) tem válvulas gaveta para alimentar o 
trocador de calor e reciclo para a caixa d’água. 
O painel é composto por chave seletora eletrônica para 8 pontos (conectada para 
220V), para termoresistência tipo Pt-100, com indicação de temperatura (escala 0-199,9 oC). 
Os medidores de temperatura estão conectados nas entradas e saídas dos fluidos. 
 
3.1.2 Aparato Bitubular 
 
O trocador de calor bitubular é constituído por tubos de aço inox, cujo a tubulação 
maior, que constitui a região anular, possui diâmetro interno de 45,8 mm, o tubo interno tem 
diâmetro externo de 12,15 mm, 0,15 mm de espessura e 0,85 de comprimento, conforme a 
figura 5 e 6. 
 
 
Figura 5: Aparato trocador de calor Bitubular. 
FONTE: SLIDE LEQ 2 - TROCADOR DE CALOR 
11 
 
 
Figura 6: Representação do aparato experimental Bitubular. 
FONTE: MANUAL BITUBULAR 
 
Este módulo é composto por: 
(1) Trocador de calor bitubular; 
(2)Mangueira de polietileno de alta densidade (PEAD) 10 mm 
(3) Conexões pneumáticas de engate rápido NTP �⁄� para tubo 10 mm 
(4) Válvula esfera �⁄� 
(5) Conexões pneumáticas do trocador 
(6) Bomba centrífuga 0.5 cv 
(7) Válvula esfera �⁄� 
(8) Válvula gaveta �⁄� 
(9) Manômetro 
(10) Te 
(11) Joelho 
(12) Mangueira PVC flexível de �⁄� in 
(13) Reservatório 200 L 
(14) Bomba centrífuga (head máximo 3 kgf/cm²) 
12 
 
(15) Tubo Aquatherm de �⁄� 
 
3.2 Procedimento Experimental 
3.2.1 Procedimento experimental para o trocador de Casco e Tubo: 
O experimento seguiu da seguinte forma: 
a) Ligou-se o banho, ajustou-se a temperatura de trabalho (set point) e esperou-se até 
se estabilizar. Não foi ligada a bomba do banho nesse momento; 
b) Abriu-se a válvula para o fornecimento de água no reservatório da água fria e 
ligou-se a bomba centrífuga do mesmo; 
c) Abriu-se a válvula para o fornecimento de água no trocador e ajusta-se a vazão em 
torno de 0,2 kg/s. Para tal, foi acionada também a válvula de retorno ao reservatório; 
d) Mediu-se a vazão volumétrica e foi anotado o valor (em triplicata). Foi mantido o 
nível de líquido aproximadamente constante, evitando transbordamento da água do 
reservatório ou nível insuficiente para bombeamento da água; 
e) Ligou-se o painel de temperatura. Colocou-se o set point do banho abaixo da 
temperatura ambiente e ligou-se a bomba do banho. Acionou-se o cronômetro e mediu-se as 
quatro temperaturas no trocador, a diferentes tempos, até o sistema se estabilizar. As medidas 
iniciais foram feitas continuamente e, posteriormente, a cada 2 ou 3 minutos; 
f) No fim do experimento, mediu-se a vazão mássica da água quente e a massa de 
água contida no banho. 
 
3.2.2 Procedimento experimental para o trocador Bitubular: 
O experimento seguiu da seguinte forma: 
a) Posicionou-se o ebulidor dentro do tanque de água quente, estando este em contato 
com água, ligou-se o mesmo e o agitador mecânico na tomada, e esperando até a temperatura 
do fluido quente atingir, aproximadamente, 70°C. 
b) Manipulou-se as válvulas esferas de �⁄�’’(4) para direcionar o fluido frio de modo 
que o arranjo no trocador fique co-corrente e posicionou-se os termômetros digitais nos 
bocais para medição da temperatura de saída do fluido quente e frio; 
c) Abriu-se as válvulas esferas para o fornecimento de água no reservatório da água 
fria e de retorno e ligou-se a bomba centrífuga do mesmo; 
d) Abriu-se as válvulas gaveta (8) e esfera (7) para o fornecimento de água no trocador 
e ajustou-se a vazão deixando a válvula esfera de retorno ao reservatório aberta; 
13 
 
e) Mediu-se a vazão volumétrica e foi anotado o valor (em triplicata). Foi mantido o 
nível de líquido aproximadamente constante, evitando transbordamento da água do 
reservatório ou nível insuficiente para bombeamento da água; 
f) Com a temperatura do fluido quente estabilizada em 70°C, abriu-se as válvulas 
gaveta (18) e esfera (19) para o fornecimento de água quente no trocador e ligou-se a bomba 
para retorno do fluido quente. 
g) Simultaneamente ao ligar a bomba, acionou-se o cronômetro e mediu-seas quatro 
temperaturas no trocador, a diferentes tempos, até o sistema se estabilizar. 
As medidas iniciais foram feitas continuamente e, posteriormente, a cada 2 ou 3 
minutos; 
h) No fim do experimento, mediu-se a vazão mássica da água quente e o volume de 
água contida no banho, através do nível de água e as dimensões do tanque; 
i) Desligar as bombas do reservatório e fechar as válvulas esferas que alimentam os 
fluidos quente e frio ao trocador; 
j) Manipulou-se as válvulas esferas de �⁄�’’(4) para direcionar o fluido frio de modo 
que o arranjo no trocador fique contracorrente e posicionar os termômetros digitais nos bocais 
para medição da temperatura de saída do fluido quente e frio; 
k) Repetidas as etapas c –i, com o arranjo do trocador bitubular em escoamento 
contracorrente. 
 
 
3.3 Equações 
Para a parte de equacionamento começaremos com a divisão de seções entre 
trocadores de calor casco e tubo e por trocador de calor bitubular. 
3.3.1 Trocadores de calor casco e tubo experimental e teórico 
Primeiramente iremos calcular o θ1 e o θ2, através da Equação 6, nele será 
relacionado às diferenças das temperaturas quentes e frias. 
 
14 
 
 
Equação 6: Cálculo do θ1 e θ2 
 
Após o cálculo do θ podemos substituí-los na fórmula do LMTD, que nada mais é do 
que a diferença da temperatura média logarítmica. 
 
Equação 7: Método LMTD. 
 
Por conseguinte, iremos calculamos o coeficiente convectivo pelo método iterativo, 
onde iremos chutar um valor para o U e por consequência iremos encontrar o valor do Q, a 
equação será resolvida no solver e será minimizada pelo método da soma dos erros ao 
quadrado : 
 
Equação 8: Cálculo de U, método iterativo 
 
Depois do cálculo do Q e do U, iremos calcular o valor de Th,i com a Equação 9, a 
seguir: 
 
Equação 9: Cálculo do Th,i 
 
A partir daqui iremos então passar para o cálculo teórico que foi realizado no Python, 
então iremos começar pela inserção dos dados fornecidos pela professora, onde 
primeiramente iremos calcular o valor da área de escoamento pela Equação 10: 
15 
 
 
Equação 10: Área de escoamento 
 
A partir daí, será calculado também o valor da vazão volumétrica e viscosidade 
cinemática, ou também conhecida como velocidade de escoamento, vistos nas seguintes 
equações: 
 
Equação 11: Vazão volumétrica 
 
 
Equação 12: Viscosidade cinemática ou velocidade de escoamento 
 
Calcularemos o diâmetro equivalente, que será considerado em todos os cálculos dos 
parâmetros seguintes, por conta da escolha do arranjo triangular. 
 
Equação 13: Diâmetro equivalente 
 
A partir daqui, iremos calcular os números adimensionais de Prandtl, Reynolds e 
Nusselt, para o cálculo do coeficiente de convecção para o fluido quente e para o interior. 
Primeiramente o Prandtl será representado pela Equação 14: 
 
Equação 14: Número de Prandtl 
 
16 
 
Agora iremos calcular o número de Reynolds para nos nortear sobre qual correlação 
de Nusselt que iremos utilizar: 
 
Equação 15: Número de Reynolds 
 
A partir do valor de Reynolds iremos determinar o fator de atrito a seguir: 
 
Correlação 1: Fator de atrito 
A posteriori o valor do Reynolds pode ter as seguintes correlações: 
 
 
Tabela 1: Número de Nusselt de acordo com Reynolds e Prandtl 
 
Logo iremos escolher o que será mais próximo do que foi calculado. 
Além delas temos as seguintes correlações para o regime laminar: 
17 
 
 
Correlação 2: Regime laminar 
 
Para o regime turbulento temos: 
 
Correlação 3: Regime turbulento 
 
Então o que melhor descrever é o que iremos utilizar, partindo agora para o cálculo em 
si do coeficiente de convecção teremos: 
 
Equação 16: Coeficiente de película 
 
Agora com o coeficiente de película da água quente e do o coeficiente de película 
interno, teremos a determinação do coeficiente global teórico: 
 
Equação 17: Coeficiente de transferência de calor global 
 
18 
 
Voltando para o cálculo no excel, iremos agora calcular os valores de Th,i teórico 
comparando com cada um dos coeficientes globais, para que possamos traçar um gráfico, para 
isso iremos utilizar a seguinte equação: 
 
Equação 18: Th,i teórico 
 
3.3.2 Trocador de calor bitubular 
Nesta seção será apresentado as equações que serão utilizadas tanto para co-corrente 
quanto para contra-corrente. Todas as equações também servirão para os fluidos quentes e 
frios, havendo apenas uma pequena alteração entre eles, que será mostrada a posteriori. 
Para o cálculo do coeficiente de transferência de calor global iremos passar por 
algumas etapas. A primeira seria inserir os dados fornecidos, e a partir deles calcular a vazão 
volumétrica de cada um dos volumes dados. 
Com essa etapa concluída iremos fazer a interpolação dos dados das tabelas seguintes: 
 
19 
 
 
Tabela 1: Propriedades termofísicas da água saturada 
 
20 
 
 
Tabela 3: Densidade da água 
 
A partir da interpolação iremos então identificar qual é a massa específica, a 
viscosidade, a capacidade calorífica, a condutividade térmica e o número de Prandtl. 
Com a relação abaixo, iremos calcular a vazão mássica: 
 
Equação 19: Relação entre vazão volumétrica e mássica. 
 
A partir disso iremos começar a separar qual é o fluido quente e qual o fluido frio. 
Para o fluido quente teremos: 
 
Equação 20: Número de Reynolds 
 
21 
 
 
Equação 21: Número de Nusselt 
 
 
Equação 22: Coeficiente de película interno 
 
Já para o fluido frio teremos: 
 
Equação 23: Número de Reynolds, e a área do trocador 
 
 
Equação 24: Número de Nusselt 
 
 
Equação 25: Coeficiente de película externo 
 
22 
 
A partir desses valores iremos calcular a diferença de temperatura média logarítmica 
(ΔT lmtd), a taxa de calor requerida e por último e mais importante o coeficiente de 
transferência de calor global. 
 
Equação 26: ΔT lmtd 
 
 
Equação 27: Cálculo do q 
 
 
Equação 28: Cálculo do coeficiente global experimental 
 
 
Equação 29: Cálculo do coeficiente global teórico23 
 
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Primeiramente iremos dividir essa seção em duas onde temos dois experimentos que 
ocorrem, o primeiro é sobre trocadores de calor casco e tubo e o segundo é um trocador de 
calor bitubular. 
 
4.1 Trocador casco e tubo 
Neste experimento começamos com a entrada dos dados experimentais, no excel, 
fornecidos pela professora, para auxiliar na condução dos cálculos. A primeira tabela é 
referente às dimensões e composições de ambos trocadores, já a segunda tabela, é referente 
aos dados experimentais essenciais para o início da memória de cálculo, a mesma é fornecida 
através do decorrer do experimento. 
 
Tabela 4: Dados trocador de calor 
 
Tabela 5: Dados experimentais 
 
O próximo passo é começar os cálculos a partir dos dados que o experimento nos 
forneceu, ou seja, a variação da temperatura do fluido quente e frio de acordo com o tempo, 
para que assim a partir dele e da equação do teta podemos calcular a diferença de temperatura 
média logarítmica, ou como conhecida, ΔT lmtd. E posteriormente conseguir traçar o gráfico 
e analisar quais temperaturas se alteraram mais e qual foi a tendência dessa alteração. 
24 
 
 
Tabela 6: Cálculo do θ1 e θ2 e do ΔT lmtd 
 
 
Gráfico 1: Relação das temperaturas em regimes transiente com o tempo 
 
Através da análise visual gráfica, podemos perceber que as temperaturas quentes que 
são a Th,i e Th,o são as que pela variação do tempo vão ficando menores, ou seja, vão 
esfriando. Já as mais frias que são as Tc,i e a Tc,o, são as que vão levemente aumento a 
temperatura, mesmo que minimamente e às vezes muito imperceptíveis, isso se dá pelo fato 
25 
 
de que as trocas térmicas foram efetivas, ou seja, o fluxo de calor está indo do mais quente 
para o mais frio, ou seja, aumento um pouco a temperatura do frio e esfriando a mais quente. 
Resumindo, o fluido quente que sai do lado do casco diminui enquanto o fluido frio no lado 
dos tubos houve um ligeiro aumento de temperatura. 
 
Para o cálculo do coeficiente global de transferência de calor U, utilizamos dois 
softwares para realizar as contas, o primeiro software foi o excel, onde calculamos o valor do 
U pela ferramenta solver, utilizando o método da soma dos erros ao quadrado, como podemos 
observar na tabela abaixo: 
 
Tabela 7: Dados para o cálculo do coeficiente global de transferência de calor 
 
Já para o cálculo do coeficiente global teórico utilizamos o python, pois o mesmo nos 
forneceu mais segurança e mais facilidade, o anexo com os detalhes estarão na memória de 
cálculo, aqui apenas apresentaremos o valor encontrado, como podemos notar na Tabela 8: 
26 
 
 
Tabela 8: Valores do coeficiente global tanto experimentalmente como teoricamente e seu erro 
 
Podemos observar que o nosso erro em relação ao coeficiente global foi bem alto, mais 
de 65%, isso se dá por alguns motivos e considerações que iremos citar: 
● Suposição sobre o arranjo ser triangular, esse arranjo favorece uma maior turbulência, 
pois não tínhamos todas as informações os trocadores de calor; 
● Propriedades constantes, onde sabemos que não é comum, e que se tivéssemos 
considerado a temperatura de película o valor do coeficiente seria melhor; 
● Consideramos um passe do tubo padrão para esse tipo de trocador de calor entre 15/16 
polegadas ; 
● Fora o desgaste dos trocadores de calor, pois os mesmos foram submetidos a muito 
tempo de uso, sabendo que eles possuem um certo tempo de uso. 
● E por último, mas não menos importante seria o fato da correlação de Nusselt não 
estar dentro dos parâmetros determinados pelo experimento, fazendo com que cresça 
muito o nosso erro. 
 
Logo após a descoberta dos valores do coeficiente global, calculamos então a 
temperatura do fluido quente Th,i para os dois coeficientes, tendo como resultado a tabela 
abaixo e a posteriori o gráfico com a relação de ambos. 
27 
 
 
Tabela 9: Relação do Thi teórico para os diversos coeficientes (experimental e teórico) 
 
A partir dos dados apresentados acima, foi possível plotar um gráfico, onde temos os 
diferentes Th,i, onde temos o dado experimentalmente que é o Th,i, o que foi calculado 
teoricamente que é o Th,i teórico e que foi calculado para o U teórico que é o Th,i calculado. 
 
Gráfico 2: Relação entre os Thi em relação ao tempo 
 
28 
 
No gráfico notamos as diferentes temperaturas e como elas ficam próximas uma das 
outras, e de mesmo comportamento, isso traduz o fato de que o método de cálculo foi o 
mesmo, logo isso já era esperado, além de apenas ter seu coeficiente global diferente, o que 
também notamos entre as bolinhas laranja e cinza. 
 
4.2 Trocador bitubular 
Neste outro experimento, primeiramente, começamos com a entrada dos dados 
experimentais, no excel, fornecidos pela professora, para auxiliar na condução dos cálculos. 
A primeira tabela é referente ao diâmetro interno, diâmetro externo e ao comprimento do 
trocador bitubular , já a segunda tabela, é referente aos dados experimentais necessários para 
o cálculo de contra-corrente e co-corrente , através do decorrer do experimento. 
 
 
Tabela 10: Dados experimentais usados para o cálculo de contra-corrente e co-corrente 
 
Tabela 11: Dados fornecidos pela professora 
Posteriormente, a partir dos dados fornecidos, utilizamos para calcular a taxa de calor 
requerida, o coeficiente global de transferência de calor experimental e teórico, para os 
arranjos co-corrente e contracorrente. As tabelas abaixo apresentam os resultados 
encontrados: 
 
29 
 
 
Tabela 12: Resultados para a taxa de calor requerida 
Foi calculado também o coeficiente global teórico e experimental para o co-corrente e 
contracorrente, para comparações e para o cálculo do erro associado. 
 
Tabela 13 Resultados dos coeficientes globais teóricos e experimentais 
 
 
Tabela 14: Erro associado para cada coeficiente global 
 
Verificou-se que o erro associado ao sistema contra-corrente foi mais elevado do que o 
erro do co-corrente, issopode estar relacionado a algo na execução do experimento, também 
pode estar associado ao tempo de uso do trocador de calor, falhas humanas na parte de 
cronometragem, falha na coletagem dos dados do volume, corrosão na tubulação do trocador 
de calor, o fato de não ter sido considerado a rugosidade do tubo (isso afeta no cálculo do 
número de reynolds). 
 
 
 
 
 
 
30 
 
5 CONCLUSÃO 
 
Conforme explicado neste presente trabalho, trocadores de calor são equipamentos 
utilizados para promover a troca de calor entre correntes, há diversas formas e tipos de 
trocadores de calor e uma ampla gama de atuações. Foram feitos os cálculos para se obter e 
comparar os coeficientes globais de transferência de calor, experimental e teórico, e as 
temperaturas de entrada e saída das correntes, nos dois diferentes trocadores, e se concluiu 
que as trocas térmicas foram efetivas e o fluxo seguiu-se da corrente mais quente à corrente 
mais fria, conforme era previsto pela literatura, porém em relação ao coeficiente global de 
transferência de calor, foi encontrado um erro relativamente grande associado, cerca de 65% 
para o trocador casco e tubo, 43% e 88% para o trocador bitubular operando em co-corrente e 
contracorrente, respectivamente, e isso pode ser explicado por alguns fatores, como o arranjo 
triangular utilizado supostamente favorecer maior turbulência, às propriedades serem 
constantes, ao desgaste do trocador de calor, dentre outros citados anteriormente. 
No procedimento com trocador de calor bitubular foi obtida uma diferença na 
temperatura final obtida no experimento co-corrente e contracorrente, essa variação pode ser 
explicada pela eficiência maior na troca de calor em contracorrente, porque a diferença de 
temperatura entre o fluido quente e frio é mantida praticamente constante, favorecendo a troca 
térmica durante todo percurso, enquanto no caso co-corrente a diferença inicial é grande no 
início e tende a se igualar à medida que as correntes avançam, desfavorecendo a troca térmica 
no decorrer das distâncias, no entanto, o erro encontrado foi muito elevado, que pode ser 
oriundo da não adequação ao modelo matemático, falhas humanas nas medidas e desgaste do 
trocador de calor. 
 
 
31 
 
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
INCROPERA, F. P. et al. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. 6. 
ed. [S.I.]: LTC, 2007. p. 2-639. 
 
 
 
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