TROCADOR DE CALOR DE PLACAS

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
DISCIPLINA: LABORATÓRIO DE ENGENHARIA QUÍMICA III
PROFESSOR: FABIO ALEJANDRO CARVAJAL FLÓREZ
TROCADOR DE CALOR DE PLACAS
1. Objetivo geral 
Determinar o coeficiente global de troca de calor térmica em um trocador de calor de placas, que é a medida do desempenho do trocador calor; e a transição do regime de escoamento de laminar para turbulento.
2. Introdução
Um trocador de calor de placa é um trocador calor do tipo que utiliza placas de metal para transferir calor entre dois fluidos. Isto tem uma vantagem principal sobre um trocador de calor convencional em que os fluidos são expostos a uma área de superfície muito maior, porque os fluidos espalhar-se sobre as placas. Na experiencia dos trocadores de calor, os fluidos frios e quentes fluem entre os canais em lados alternados das placas. Cada fluxo passa atraves de uma serie de placas. Qualquer diferença de temperatura entre as placas de metal irá resultar na transferência de calor entre os dois fluxos de fluidos. Como o fluxo passa através do conjunto de placas a água quente vai ser arrefecido e a água fria será aquecida.
Um diagrama esquemático do fluxo é apresentado na Figura 1. Tradicionalmente, trocadores de calor de placa têm sido usados quase exclusivamente para transferência de calor líquido - líquido.
Figura 1. Unidade de trocador de calor de placas.
A determinação do coeficiente global de troca térmica é um dos principais pontos na análise de um trocador. Este coeficiente é definido como a resistencia térmica total entre os dois fluidos, e é determinado considerando a resistência de ambos os fluidos à convecção.
Trocadores de calor de placas possuem coeficiente de transferência que chegam a ser de 3 a 5 vezes maiores que os trocadores casco e tubo projetados para o mesmo fim, o que resulta em uma área de troca bem menor para uma mesma aplicação. Estes valores altos para o U se devem à indução de fluxo turbulento entre placas que também contribui para reduzir problemas relacionados a incrustação.
Como a resistência à transferência de calor, dada pelo inverso do coeficiente global, é a soma das resistências das resistência individuais à transferência de calor, o coeficiente global de transferência pode ser obtido por:
O termo ∆x/kplaca representa a resistência do material ao processo de transferência de calor por condução, sendo ∆x a espessura da placa e kplaca a condutividade térmica do material da placa, hg e hf são os coeficientes convectivos de transferência de calor dos fluidos quente e frio, respectivamente.
O coeficiente de transferência de calor convectivo pode ser calculado utilizando números adimensionais como na seguinte correlação:
O valor do parâmetro c pode ser considerado igual a 0,4. Já os valores de a e b dependem do tipo de regime de escoamento, laminar ou turbulento. A região de transição em trocadores de placas lisas normalmente é maior que em trocadores de placas corrugadas.
3. Materiais
· Trocador de calor de placas confeccionado em aço inoxidavel, com medidores de temperatura na entrada e saida dos fluidos quente e frio.
· Tanque pulmão com resistencia elétrica para armazenamento de água quente
· Bomba para circulação de fluido quente
· Medidores de vazão tipo rotametro
· Painel de aquisição de dados
· Tubulações, vãlvulas e mangueiras
4. Procedimento experimental
Para determinar essas constantes a e b variam-se as vazões das correntes fria e quente, anotando também as temperaturas de entrada e saída de cada uma delas, quando o sistema estiver operando em regime permanente. Com a vazão das correntes serão obtidas as velocidades das mesmas e consequentemente os valores do número de Reynolds e Prandtl.
5. Cálculos
· O grupo deverá definir uma aplicação industrial de troca térmica, contextualizando em um determinado processo químico, a qual utilizara água como fluido frio.
· Analise crítica do experimento, com sugestões de possíveis melhorias e principalmente uma análise de todas as fontes de erros experimentais que o grupo julgar importantes e significativas, com uma projeção das variáveis que mais influenciam nos cálculos das grandezas desejadas
· Determine os parâmetros adimensionais utilizados nas correlações dos coeficientes de transferência de calor da água em trocadores de calor de placas (Re, Nu, Pr). Que significam fisicamente e onde são aplicados (utilizados)
· Para todas as vazões medidas, calcule a eficiência do trocador
· Analise e discussão dos resultados obtidos e também comentários sobre a influência da vazão do escoamento dos fluidos quente e frio
· Comparação entre dados experimentais obtidos e dados da literatura, discutindo as causas de possíveis diferenças encontradas entre eles.
· Faça os gráficos de: a) taxa de fluxo Vs ∆T para fluido frio e fluido quente e
b) taxa de fluxo Vs eficiência geral do sistema
6. Relatório
· O relatório deve ser redigido de acordo com as normas técnicas, de forma clara e concisa; contendo além de suas partes fundamentais, anexos com tabelas/planilhas de cálculo
· Apresentar uma pequena introdução, material e métodos, resultados e discussão, conclusões e referências bibliográficas (se usadas, normas ABNT). 
· Máximo de 15 e mínima de 3 páginas.
7. Referências bibliográficas
Kern, D. “Processos de transferência de calor.” McGraw Hill 1999.
Coulson, Richarson. “Chemical Engineering” vol. 6.3 ed. Butterworth Heinemann. Oxford, 2003
Incropera, F.P., Dewitt, D.P. Berghman, Lavine, 	“Transferência de calor e de massa”; 5ª. Ed, Rio de Janeiro; Editora LTC, 2003
 
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