Relatório TROCADOR DE CALOR BITUBULAR - PARTE 1

Prévia do material em texto

INSTITUTO LATINO-AMERICANO DE TECNOLOGIA, 
INFRAESTRUTURA E TERRITÓRIO (ILATIT) 
Curso: Engenharia Química 
Disciplina: Laboratório de Engenharia Química II 
Professor: Marlei Roling Scariot 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO 1 
Trocador de Calor de Tubos Concêntricos (bitubular) 
 
 
 
 
Abel Dario G. Lezcano 
Camila D. R. Ferreira 
Luan M. G. Torres 
Rener Lópes 
 
 
 
 
 
 
 
 
Foz do Iguaçu 
2021 
RESUMO 
Os trocadores de calor são equipamentos de troca térmica amplamente utilizados na indústria 
química tanto para aquecer quanto para resfriar fluidos, ao longo dos anos desenvolveu-se vários tipos 
de trocador para a aplicação em diferentes áreas de produção industrial. O experimento de Trocador de 
Calor de Tubos Concêntricos teve como objetivo mostrar como as variações nas taxas de vazão de água 
fria e sentido das correntes (contracorrente e paralelo) afetam o rendimento e a eficiência do trocador de 
calor. Foi descoberto que há um aumento na temperatura do fluido quente nos trocadores de calor que 
funcionam ininterruptos e com vazões inalteradas, o que favorece uma melhor eficiência no processo de 
troca de calor, do aparelho. Já nos processos com fluxo em contracorrente a eficiência e a vazão do 
fluido frio são inversamente proporcionais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sumário 
 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 4 
1.1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................................... 5 
2. OBJETIVOS .................................................................................................................................. 7 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................................................... 7 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................................................ 8 
5. CONCLUSÃO ............................................................................................................................. 16 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 17 
 
 
 
 
4 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Trocadores de calor são equipamentos projetados para realizarem a transferência de calor entre 
dois ou mais fluidos que se encontram em temperaturas diferentes, sem que haja contato direto entre 
eles. Em geral nas indústrias o fluido pode ser um líquido ou um gás. Estas máquinas desempenham um 
papel fundamental no aproveitamento energético de uma planta industrial, pois se utiliza a energia 
desperdiçada (em forma de calor) de outros processos, para o seu funcionamento. Entre os muitos usos 
dos trocadores de calor na indústria, se destacam os usados no tratamento de águas residuais e nos 
sistemas de refrigeração. [1] [2] [3] [4] 
É possível dizer então que seu alto rendimento é aliado a seu baixo custo de manutenção, e por 
ser um equipamento desmontável, é viável a realização de ajustes de capacidade como por exemplo, no 
trocador de placas, adicionando ou removendo placas de acordo com a demanda. Ao longo dos anos 
desenvolveu-se vários tipos de trocador para a aplicação em diferentes áreas da produção industrial. 
Estes tipos são classificados de acordo com as suas características construtivas, alguns exemplos de 
trocadores de calor são: tipo duplo, casco e tubo, de placa, de placa aletada, de tubo aletado e 
regenerativos. [1] [2] [3] 
Neste relatório o foco será direcionado ao trocador de calor casco e tubo pois foi o modelo usado 
na prática. 
 Os trocadores de calor tubulares são amplamente usados e fabricados em diversos tamanhos e 
arranjos. A facilidade na sua fabricação e baixo custo são as principais razões para seu emprego nas 
indústrias. Um modelo comumente utilizado é o trocador de calor casco e tubo que é constituído por 
dois tubos, um dentro do outro, onde o tubo externo é o casco que conduz a água fria do circuito, já o 
tubo interno conduz a água quente (o fluxo podendo ser paralelo ou contracorrente). [1] [2] [3] 
O calor se transfere entre os dois tubos de dentro pra fora, isto é, do tubo interno para o externo, 
então pode-se dizer que a transferência de calor no lado dos tubos e no lado do casco ocorre por 
convecção. Uma representação detalhada desse equipamento pode ser observada na figura 1 abaixo. 
 
 
 
 
 
 
5 
 
Figura 1 – Principais partes de um trocador de calor de casco e tubos. 
 
Fonte: Essel [1] 
 
1.1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
A transferência de calor é um processo elementar na indústria. Durante esse processo, há uma 
transferência de energia em forma de calor, que ocorre no sentido da temperatura maior para a menor e 
esse calor pode ser transferido através de mecanismos como: condução, convecção e radiação. No caso 
do trocador usado, o calor do fluido quente que passa pelos tubos é transferido para a parede por 
condução, e da parede para o fluido frio do casco. Neste caso é plausível desconsiderar os efeitos de 
radiação. [4] 
A taxa de transferência de calor em um trocador de calor é dada pela equação 1, que é uma 
função da taxa de vazão mássica do fluido, da variação de temperatura e do calor específico dos fluidos 
na temperatura média (a média entre as temperaturas de entrada quente e fria e de saída quente e fria do 
trocador de calor): 
6 
 
𝑄𝐻 = 𝑚𝑞𝐶𝑝,𝑞(𝑇𝑞,𝑒𝑛𝑡 − 𝑇𝑞,𝑠𝑎𝑖) … 𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 (1) 
 𝑄𝐶 = 𝑚𝑓𝐶𝑝,𝑓(𝑇𝑓,𝑒𝑛𝑡 − 𝑇𝑓,𝑠𝑎𝑖) … 𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 (2) 
Esta equação leva em conta um trocador ideal, onde o fluido frio absorve todo o calor emitido 
pelo fluido quente desconsiderando as perdas e absorção de calor com o ambiente externo. 
O que mostra a relação entre energia emitida e absorvida no trocador é o Coeficiente de 
Equilíbrio de Energia (CEB), dado pelo quociente entre o calor absorvido e o calor emitido: 
 
 𝐶𝐸𝐵 = 
𝑄𝑎
𝑄𝑒
 … 𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 (3) 
 A eficiência média de transferência de calor é muito útil para comparar diferentes trocadores de calor, 
afim de selecionar o que tenha um melhor rendimento. A eficiência média do circuito quente é dada pela 
equação 4, que é o quociente entre a variação de temperatura no circuito quente e a diferença entre a 
temperatura máxima e mínima dos circuitos quente e frio 
 ƞ𝐻 =
𝑇𝐻1−𝑇𝐻2
𝑇𝐻1−𝑇𝐶1
∗ 100 … 𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 (4) 
A eficiência média do circuito frio é dada pela equação 5, que é o quociente da variação de 
temperatura do circuito frio pela diferença entre a temperatura máxima e mínima dos circuitos quente e 
frio. 
 ƞ𝐶 =
𝑇𝐶2−𝑇𝐶1
𝑇𝐻1−𝑇𝐶1
∗ 100 … 𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜 (5) 
Portanto a eficiência média dos dois circuitos consiste na média da eficiência dos dois circuitos, 
dada pela equação 6. 
 ƞ =
ƞ𝐻+ƞ𝐶
2
 … 𝑒𝑞𝑢𝑎çã𝑜(6) 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
2. OBJETIVOS 
O objetivo deste experimento foi mostrar como variações nas taxas de vazão e o sentido das 
correntes nos tubos afetam o rendimento do trocador de calor. 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
Para realização da prática foram utilizados os seguintes instrumentos: 
• Trocador de calor bi tubular do tipo Casco e Tubo (Shell and Tube); 
• Tubulações; 
• Válvulas; 
• Mangueiras; 
• Termômetro para medir a temperatura ambiente. 
Para que haja mais precisão nos resultados a temperatura do ambiente onde se realiza o 
experimento tem grande importância, ou seja, é crucial que tanto o local tenha uma temperatura constate 
quanto a alimentação de água fria. Além disso, é importante que o sistema de trocador de calor alcance 
o equilíbrio térmico, então é necessário esperar alguns minutos para queessas temperaturas sejam 
alcançadas. 
A montagem do trocador de calor se dá da seguinte forma, primeiramente desliga-se as chaves 
da bomba e do aquecedor, em seguida coloca-se o trocador de calor em frente do Módulo de Serviço e 
use os fixadores para mantê-lo na posição. Na sequência, conectou-se os circuitos de água quente e fria 
no trocador, como apresentado no diagrama de montagem da placa, para ambos os fluxos (paralelo e 
contracorrente). Após esse procedimento conectou-se os termopares aos seus soquetes. Ligou-se as 
chaves das alimentações (elétrica e de água fria). 
Abriu-se as completamente as válvulas de controle de vazão dos circuitos de água fria e quente. 
Certificou-se que o tanque de aquecimento estava cheio, para que pudesse ligar a bomba do aquecedor 
para a temperatura 59.9°C. Foi verificado se nenhuma bolha grande de ar saiu do trocador de calor 
Foi realizado diversos ensaios com diferentes valores de vazões de fluido quente e frio, com a 
mudança de circuito contracorrente e fluxo paralelo, com mudança de temperatura do tubo quente (o 
circuito frio não foi considerado mudança de temperatura pois utilizou-se a água da torneira), e 
juntamente com esses ensaios, observou e registrou três temperaturas, na entrada de cada tubo, após a 
primeira troca de calor e também na saída. Foi feito 6 ensaios de contracorrente e 6 ensaios de fluxo 
paralelo. 
 
 
8 
 
Figura 2 - O módulo de serviço a bancada de trocadores de calor (TQ-TD360) 
 
Fonte: Adaptado de TecQuipment. [5] 
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Inicialmente foram coletados dados dentro do laboratório experimentalmente usando um 
equipamento similar à da figura 2, logo as informações referentes às temperaturas e vazões dos circuitos 
quente e frio obtidos nesta prática estão organizados na tabela 1 e tabela 2, onde esta primeira tabela 
apresenta dados dos ensaios com fluxo em contracorrente, enquanto a segunda tabela com fluxo em 
paralelo. 
Aonde TH e TC se referem as temperaturas do circuito quente e frio respectivamente e os subíndices 
1, 2 e 3, são correspondentes as temperaturas verificadas na entrada, na saída e no meio do circuito 
respectivamente. 
Tabela 1 - Dados experimentais coletados no laboratório para o fluxo em contracorrente. 
Experimentos Dados do Fluido Quente Dados do Fluido Frio 
FLUXO ENSAIO 
Qh TH1 TH3 TH2 Qc TC1 TC3 TC2 
(L/min) (°C) (°C) (°C) (L/min) (°C) (°C) (°C) 
 
Contra 
corrente 
Ensaio01 1,86 42,1 41 39,8 1,73 28,1 29,1 30 
Ensaio02 1,82 51,3 - 47,4 1,75 28,3 - 31,8 
Ensaio03 1,82 51,5 - 48,2 1,02 28,2 - 33,2 
Ensaio04 2,5 51,6 - 49 1,02 28,2 - 33,9 
Ensaio05 2,48 61,2 59,3 57,4 1 28,4 32,6 36,4 
Ensaio06 2,46 71,2 68,3 65,8 1,01 28,5 34,2 39,7 
Fonte: Os Autores, 2021. 
9 
 
Podemos visualizar a influência das vazões nas temperaturas de saída comparando os ensaios 02 e 
o ensaio 03, que apresentam as vazões (Qh) e temperaturas de entrada (TH1) muito similares entre os 
fluidos quentes, da mesma forma as temperaturas de entrada dos fluidos frios (TC1) podem ser 
considerados iguais, mas as vazões (Qc) se mostram diferentes. 
Analisando, podemos perceber que a temperatura de saída do fluido quente (TH2) do ensaio 02 se 
mostra menor que o do ensaio 03, isto ocorre pela vazão do fluido frio que no ensaio 02 é maior. Ou 
seja, o resfriamento é diretamente proporcional á vazão do fluido frio. 
Outra avaliação que se destaca na influência das temperaturas e das vazões é o ensaio 03 e o ensaio 
04, onde encontramos que como a vazão do fluido quente do ensaio 03 é menor e ocorre um resfriamento 
mais eficiente, esta afirmação pode ser feita, pois as temperaturas de entrada tanto do fluido frio como 
quente são similares na entrada como também a vazão do fluido frio, logo não são influenciados por 
esses parâmetros. 
A seguir na tabela 2, se encontram os dados obtidos durante a aula prática no laboratório para o 
trocador de calor com fluxo em paralelo. 
Tabela 2 - Dados experimentais coletados no laboratório para o fluxo em paralelo. 
Experimentos Dados do Fluido Quente Dados do Fluido Frio 
FLUXO ENSAIO 
Qh TH1 TH3 TH2 Qc TC1 TC3 TC2 
(L/min) (°C) (°C) (°C) (L/min) (°C) (°C) (°C) 
Em 
 paralelo 
Ensaio01 1,84 41,7 - 39,9 1,75 28,4 - 30,2 
Ensaio02 1,79 51,3 - 47,3 1,75 28,2 - 31,8 
Ensaio03 1,82 51,6 - 48,3 1,02 28,2 - 33,4 
Ensaio04 2,5 51,5 - 48,7 1,02 28,2 - 33,9 
Ensaio05 2,44 61 58,9 57,1 1 28,4 33,2 37,2 
Ensaio06 2,46 71 68,2 65,9 1,02 28,5 34,9 39,7 
Fonte: Os Autores, 2021. 
Da mesma forma que explicado anteriormente, no ensaio 03 e o ensaio 04 podemos visualizar que 
a vazão do fluido quente influenciará na temperatura de saída como pode ser vista na tabela. O ensaio 
03 que tem um fluxo inferior que o do ensaio 04 apresenta resfriamento um pouco superior já que a 
temperatura de saída é inferior. De maneira geral, podemos afirmar que se aumentarmos a vazão dos 
fluidos tanto quente como frio haverá uma variação na troca de calor. 
A partir dos dados da tabela 1 e 2, foi possível plotar gráficos dos ensaios 05 e ensaio 06, estas 
curvas apresentam o comportamento da variação da temperatura dentro do trocador de calor, tanto para 
o fluxo em paralelo como em contracorrente. A seguir temos o gráfico 1, que mostra a variação de 
temperatura do ensaio 05 com fluxo em paralelo. 
 
10 
 
Gráfico 1 – Variação de temperatura dentro do trocador de calor, ensaio 05 com fluxo em paralelo. 
 
Fonte: Os autores, 2021. 
No gráfico 1 podemos encontrar que as temperaturas de entradas do fluido quente e frio são 61°C e 
28,4°C, respectivamente. Já as temperaturas de saída do fluido quente e frio são 57,1°C e 37,2°C, 
respectivamente. Em cada curva temos também uma temperatura intermediaria (TH3), esta medida foi 
obtida no meio do circuito para cada fluido. 
Podemos perceber que há uma redução na temperatura do fluido quente e um aumento na 
temperatura do fluido frio, o que é esperado em um trocador de calor. As curvas de temperatura se 
aproximam, ou seja, existe uma diferença de temperatura menor entre os fluidos na saída que na entrada 
que é um comportamento previsto, também podemos observar que as duas curvas têm o mesmo sentido. 
No gráfico 2, é apresentado a variação da temperatura do ensaio 06 com fluxo em paralelo, a partir 
dele podemos perceber que o comportamento é igual ao do gráfico 1, com isso podemos afirmar que 
independentemente das vazões e das temperaturas, tanto do fluido quente e frio não haverá influencia 
no diagrama. 
Gráfico 2 - Variação de temperatura dentro do trocador de calor, ensaio 06 com fluxo em paralelo. 
 
Fonte: Os autores, 2021. 
TH1=61 TH3=58,9 TH2=57,1
TC1=28,4
TC3=33,2
TC1=37,2
25
30
35
40
45
50
55
60
65
T
em
p
er
at
u
ra
 [
°C
]
Variação da temperatura
Fluxo em paralelo - Ensaio 05
TH1=71 TH3=68,2 TH2=65,9
TC1=28,5
TC3=34,9
TC2=39,7
25
35
45
55
65
75
T
em
p
er
at
u
ra
 [
°C
]
Variação da Temperatura
Fluxo em paralelo - Ensaio 06
11 
 
No gráfico 3, é apresentado a variação de temperatura dentro do trocador de calor do ensaio 05 com 
fluxo em contra corrente, o gráfico foi obtido usando os dados da temperatura obtidos no experimento 
que estão dispostas na tabela 2. 
Gráfico 3 - Variação de temperatura dentro do trocador de calor, ensaio 05 com fluxo em 
Contracorrente 
 
Fonte: Os autores, 2021 
No gráfico 3, podemos encontrar que as temperaturas de entrada do fluido quente e frio são 61,2 °C 
e 28,4°C, respectivamente. Já as temperaturas de saída do fluido quente e frio são 57,5°C e 36,4°C, 
respectivamente. Em cada curva temos também uma temperatura intermediaria (TH3), esta medida foi 
obtida no meio do circuito para cada fluido, como explicado anteriormente. 
Da mesma forma, há um aumento de temperatura no fluido frio e um resfriamento do fluido quente, 
como já e de se esperar, desta maneira variação de temperatura entre os fluidos vai diminuindo ao longo 
do tempo. Neste caso, as curvasde temperatura estão dispostas de forma oposta para a leitura, 
diferentemente a do fluxo em paralelo. 
No gráfico 4, é apresentado a variação da temperatura do ensaio 06 com fluxo em contracorrente, a 
partir dele podemos perceber que o comportamento é igual ao do gráfico 3, com isso podemos afirmar 
que independentemente das vazões e das temperaturas, tanto do fluido quente e frio não haverá 
influencia no diagrama. 
 
 
 
 
 
 
TH1=61,2 TH3=59,3 TH2=57,4
TC2=36,4
TC3=32,6
TC1=28,4
25
35
45
55
65
T
em
p
er
at
u
ra
 [
°C
]
Variação da Temperatura 
Fluxo Contracorrente- Ensaio 05
12 
 
Gráfico 4 - Diferença de temperatura do ensaio 05 dentro do trocador de calor com fluxo em 
contracorrente 
 
Fonte: Os autores, 2021. 
A seguir na tabela 3, serão apresentados dados dos fluidos quente e frio, para o fluxo em 
contracorrente. As temperaturas médias exibidas foram obtidas a partir da média aritmética das 
temperaturas dos fluidos para cada ensaio, com base nelas foi possível encontrar as propriedades como 
a densidade e o calor específico, isto com o auxílio de uma calculadora de propriedades químicas online 
(steamtablesonline). 
Tabela 3 – Valores dos Calores específicos, eficiências e densidades para as temperaturas médias 
encontradas para o fluxo em contracorrente. 
Experimentos Dados do Fluido Quente Dados do Fluido Frio Global 
FLUXO ENSAIO 
TH 
media 
ƞH Cp H ρH 
TC 
media 
ƞC Cp C ρC ƞ 
(°C) (%) (kJ/kgK) (kg/m3) (°C) (%) (kJ/kgK) (kg/m3) (%) 
 
Contra 
corrente 
Ensaio01 40,97 16,43 4,179 991,85 29,07 13,57 4,180 995,93 15,00 
Ensaio02 49,35 16,96 4,179 988,34 30,05 15,22 4,180 995,64 16,09 
Ensaio03 49,85 14,16 4,180 988,92 30,70 21,46 4,180 995,44 17,81 
Ensaio04 50,30 11,11 4,180 987,91 31,05 24,36 4,180 995,33 17,74 
Ensaio05 59,30 11,59 4,182 994,88 32,47 24,39 4,179 994,88 17,99 
Ensaio06 68,43 12,65 4,187 978,67 34,13 26,23 4,179 994,33 19,44 
Fonte: Os Autores, 2021. 
Já as eficiências foram obtidas usando os dados de temperatura da tabela 1, para calcular a 
eficiência do fluido quente foi utilizado a equação (4) e para o cálculo das eficiências do fluido frio foi 
usada a equação (5). No caso das eficiências globais foi usado a equação (6) que seria uma média 
aritmética entre as eficiências do fluido quente e frio. 
 A partir da tabela 3, é possível afirmar que a eficiência da temperatura média do fluido quente 
diminui com o aumento da vazão, isso pode ser verificada nos ensaios 04, ensaio 05 e o ensaio 06 
TH1=71,2 TH3=68,3 TH2=65,8
TC2=39,7
TC3=34,2
TC1=28,5
25
35
45
55
65
75
T
em
p
er
at
u
ra
 [
°C
]
Variação da Temperatura
Fluxo Contracorrente - Ensaio 06
13 
 
justamente aqueles com maior vazão de fluido quente e com menor eficiência como pode ser vista na 
tabela, também podemos observar o inverso comparando com os ensaios 01, ensaio 02 e o ensaio 03. 
 No caso da eficiência do fluido frio, é foi possível observar que a eficiência aumenta se a vazão 
for menor, isto pode ser visto nos ensaios 03, ensaio 04, ensaio 05 e o ensaio 06. Com relação ao aumento 
do fluido quente não se observa nenhuma variação. Podemos perceber também que todos os ensaios 
citados foram os que obtiveram melhor performance global. 
Na tabela 4, encontramos as eficiências e as propriedades dos fluidos, calculadas a partir das 
temperaturas medias obtidas usando os dados experimentais que estão na tabela 2. Já os cálculos das 
eficiências foram obtidos da mesma forma que na tabela 3. 
Tabela 4 – Valores dos Calores específicos, eficiências e densidades para as temperaturas médias 
encontradas para o fluxo em paralelo. 
Experimentos Dados do Fluido Quente Dados do Fluido Frio Global 
FLUXO ENSAIO 
TH 
media 
ƞH Cp H ρH 
TC 
media 
ƞC Cp C ρC ƞ 
(°C) (%) (kJ/kgK) 
 
(kg/m3) 
(°C) (%) (kJ/kgK) (kg/m3) (%) 
 
Em 
paralelo 
Ensaio01 40,80 13,53 4,179 991,92 30,10 13,53 4,180 995,62 13,53 
Ensaio02 49,30 17,32 4,179 988,36 30,80 15,58 4,180 995,41 16,45 
Ensaio03 49,95 14,10 4,180 988,07 31,05 22,22 4,180 995,33 18,16 
Ensaio04 50,10 12,02 4,180 988,00 32,70 24,46 4,179 994,81 18,24 
Ensaio05 59,00 11,96 4,182 983,72 32,93 26,99 4,179 994,73 19,48 
Ensaio06 68,37 12,00 4,187 978,70 34,37 26,35 4,179 994,25 19,18 
Fonte: Os Autores, 2021. 
Podemos perceber que a eficiência do fluido quente diminui com o aumento da vazão, isso pode 
ser visualizado nos ensaios 02 e o ensaio 03 comparando com os demais. Já que estes ensaios têm melhor 
eficiência e menor vazão com relação aos outros. 
Também é possível afirmar que a eficiência do fluido frio aumenta se a vazão do fluido frio for 
diminuída, como pode ser observada comparando os ensaios 03, ensaio 04, ensaio 05 e o ensaio 06. 
Além disso, foi possível vizualizar que as eficiências globais estão diretamente ligadas às eficiências do 
fluido frio, já que as maiores eficiências globais pertencem aos ensaios citados anteriormente. 
A partir dos valores obtidos nas tabelas 3 e 4, calculou-se o calor emitido e absorvido usando a 
equação 1 e equação 2, respectivamente. Além disso, foi obtido o coeficiente de equilíbrio de energia 
para os sistemas com fluxo em paralelo e contracorrente usando a equação 3; os valores encontrados 
para o fluxo em contracorrente e em paralelo, podem ser encontrados nas tabelas 5 e 6, respectivamente. 
 
14 
 
Tabela 5 – Valores calculados do calor emitido e absorbido para o fluxo em contracorrente 
Experimentos Dados do Fluido Quente Dados do Fluido Frio Global 
FLUXO ENSAIO 
Qh 
Calor 
Emitido 
Qc 
Calor 
Adsorvido CEB 
(m3/s) (kW) (m3/s) (kW) 
Contra 
Corrente 
Ensaio01 3,10E-05 0,296 2,88E-05 0,228 0,772 
Ensaio02 3,03E-05 0,489 2,92E-05 0,425 0,869 
Ensaio03 3,03E-05 0,414 1,70E-05 0,354 0,855 
Ensaio04 4,17E-05 0,447 1,70E-05 0,403 0,901 
Ensaio05 4,13E-05 0,654 1,67E-05 0,554 0,848 
Ensaio06 4,10E-05 0,907 1,68E-05 0,783 0,864 
Fonte: Os Autores, 2021. 
Na tabela 5, podemos observar que os ensaios 05 e o ensaio 06 são os que emitem e absorbem mais 
energia, no caso dos ensaios 03 e o ensaio 04 em relação ao calor emitido há uma pequena variação 
havendo uma diferença considerável entre as vazões, esse comportamento é explicado a seguir. 
Na tabela 6, foi calculado o calor emitido e absorbido, como também o coeficiente de equilíbrio de 
energia, obtido de maneira análoga ao da tabela 5 para os ensaios com fluxo em paralelo. 
Tabela 6 – Valores calculados do calor emitido e absorbido para o fluxo em paralelo. 
Experimentos Dados do Fluido Quente Dados do Fluido Frio Global 
FLUXO ENSAIO 
Qh Calor 
Emitido 
(kW) 
Qc Calor 
Adsorvido 
(kW) 
CEB 
(m3/s) (m3/s) 
Em 
paralelo 
Ensaio01 3,07E-05 0,229 2,92E-05 0,218 0,955 
Ensaio02 2,98E-05 0,493 2,92E-05 0,437 0,886 
Ensaio03 3,03E-05 0,413 1,70E-05 0,368 0,890 
Ensaio04 4,17E-05 0,482 1,70E-05 0,403 0,836 
Ensaio05 4,07E-05 0,653 1,67E-05 0,610 0,934 
Ensaio06 4,10E-05 0,857 1,70E-05 0,791 0,923 
Fonte: Os Autores, 2021. 
Na tabela 6, podemos perceber que os ensaios 05 e o ensaio 06 são os que emitem mais calor, 
também é possível afirmar que a quantidade de energia emitida é muito mais dependente da temperatura 
do fluido que da vazão de entrada. Isto é possível observar comparando os ensaios 03 e o ensaio 04, 
onde há uma diferença considerável nas vazões do fluido quente e há somente uma pequena variação no 
calor emitido. Já nos ensaios 05 e o ensaio 06 temos uma vazão similar entre eles, más há uma diferença 
de temperatura considerável nas entradas, e podemos perceber uma diferença de aproximadamente 
0,2kW o que é uma variação considerável. 
Para o fluido frio, como esperado temos que a maior quantidade de calor absorvido são dados pelos 
ensaios 05 e o ensaio 06, já que existe uma emissão de energia nesses ensaios. 
15 
 
No gráfico 5, são apresentados os coeficientes de equilíbrio de energia com relação a vazão do fluido 
frio para o fluxo em contracorrente, já no gráfico 6 para o fluxo em paralelo.Gráfico 5 – Coeficiente de equilíbrio de energia do fluxo em Contracorrente 
 
Fonte: Os autores, 2021. 
No gráfico 5 o menor coeficiente é apresentado pelo ensaio 01 e o maior pelo ensaio 04. Não foi 
observado nenhuma tendencia a diferença da literatura (CORREA, 2013; pag.71; fig.26), logo não foi 
possível tirar conclusões. 
Gráfico 6– Coeficiente de equilíbrio de energia do fluxo em Paralelo 
 
Fonte: Os autores, 2021. 
No gráfico 6 o menor coeficiente é apresentado pelo ensaio 04 e o maior pelo ensaio 01. Não foi 
observado nenhuma tendencia a diferença da literatura consultada (CORREA, 2013; pag.70; fig.25). 
Ensaio01
Ensaio02
Ensaio03
Ensaio04 
Ensaio05
Ensaio 06
0,760
0,780
0,800
0,820
0,840
0,860
0,880
0,900
0,920
1,45E-05 1,80E-05 2,15E-05 2,50E-05 2,85E-05 3,20E-05
C
E
B
Vazão Volumétrica - Qc (m3/s)
Coeficiente de equilibrio de energia vs 
Vazão Volumétrica - Fluxo Contracorrente
Ensaio01
Ensaio02Ensaio03
Ensaio04
Ensaio05
Ensaio06
0,820
0,840
0,860
0,880
0,900
0,920
0,940
0,960
0,980
1,45E-05 1,80E-05 2,15E-05 2,50E-05 2,85E-05 3,20E-05
C
E
B
Vazão Volumétrica - Qc (m3/s)
Coeficiente de equilibrio de energia vs 
Vazão Volumétrica - Fluxo em Paralelo
16 
 
logo não foi possível tirar conclusões. Esta divergência pode estar associada a alguns erros de 
calibração do equipamento no momento do experimento. 
5. CONCLUSÃO 
Por tanto, através dos dados obtidos de maneira experimental, conclui-se que foi possível atingir o 
objetivo do experimento, sendo possível a observação empírica dos efeitos que fatores como vazão do 
fluído quente, vazão do fluído frio, fluxo em contracorrente, fluxo em paralelo, causam no rendimento 
e no funcionamento de um trocador de calor. Através da realização do experimento, ficou mais evidente 
e claro para nos discentes compreender os conceitos como transferências de calor e o funcionamento de 
trocadores de calor bitubular do tipo casco e tubo. 
Também foi possível concluir através usando média aritmética que, o coeficiente de equilíbrio de 
energia (CEB) foi maior quando se utilizou o fluxo em paralelo (0,904) contra (0,851) do fluxo em 
contracorrente. Ressalta-se que, fazendo também uma média aritmética para os valores obtidos de 
eficiência global para as faixas de temperatura trabalhadas no experimento, pode-se constatar que o 
trocador de calor se mostrou mais eficiente no fluxo em paralelo 17,50 % contra 17,34 % do fluxo em 
contracorrente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
[1] CAPÍTULO 2 EQUIPAMENTOS DE TROCA TÉRMICA. Disponível em: 
<https://essel.com.br/cursos/material/03/CAP2.pdf>. Acesso em: 2 de dezembro de 2021. 
[2] Trocador de calor. Disponível em: <https://www.trocadordecalor.com.br/trocador-de-calor>. 
Acesso em: 2 de dezembro de 2021. 
[3] Trocadores de calor: Quais os tipos e por que são importantes? Disponível em: 
<https://propeq.com/trocadores-de-calor/#:~:text=Os%20trocadores%20de%20calor%2C%20como>. 
Acesso em: 2 de dezembro de 2021. 
[4] LÓPEZ, D. SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE CFD DE UM PEQUENO TROCADOR 
DE CALOR DE CASCO E TUBO. Disponível em: <https://docplayer.com.br/75314134-Simulacao-
computacional-de-cfd-de-um-pequeno-trocador-de-calor-de-casco-e-tubo.html>. Acesso em: 2 de 
dezembro de 2021. 
[5] TECQUIPMENT. Bancada de trocadores de calor: Guia do usuário. Brasil, 2009. 
[6] GUSMÃO, William Correia. Comparação da eficiência térmica de trocadores de calor no laboratório 
de sistemas térmicos da faculdade de engenharia. 2013.