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MAPA - FENÔMENOS DE TRANSPORTE – 52_2024
Os trocadores de calor são dispositivos amplamente empregados em ambientes
domésticos, como em geladeiras, unidades de ar-condicionado e sistemas de aquecimento
de água. Na esfera industrial, são essenciais em sistemas de aquecimento, como caldeiras,
assim como em sistemas de refrigeração de espaços de todos os tamanhos. Em
termoelétricas, desempenham um papel crucial na geração de energia, enquanto em
processos industriais, como na indústria química, são utilizados em sistemas de
recuperação de calor para reduzir o consumo energético. Esses são apenas alguns
exemplos das inúmeras aplicações dos trocadores de calor.
Por definição:
“A transferência de calor em trocadores acontece por meio de dois mecanismos: pela
convecção em cada fluido e pela condução na parede que os separa. A área de troca
térmica é um aspecto chave neste fenômeno, de modo que conhecer a configuração
estrutural dos trocadores de calor é fundamental para uma análise do seu funcionamento e
desempenho.”
Fonte: Yoshi, H.; Orgeda, R. Fenômenos de Transporte. Maringá-PR: Unicesumar, 2020,
p.300.
Baseado nos conceitos e fundamentos de um equipamento de troca térmica, você foi o
engenheiro que ficou encarregado por realizar um estudo de diferentes tipos de trocadores
de calor, bem como dos parâmetros operacionais que interferem na transferência de calor
em cada um deles. Para te auxiliar nessa tarefa, você deverá utilizar o simulador de
trocadores de calor do laboratório virtual da ALGETEC disponível na área do aluno do
Studeo para colocar a mão na massa e tirar as suas conclusões, as quais devem estar
fundamentadas no conteúdo visto ao longo da disciplina. Abaixo estão representadas
algumas telas que vocês irão encontrar no laboratório virtual.
PARTE 1
Sabendo que você tem disponível para escolha 3 trocadores de calor (de placas, de tubos
concêntricos e o de casco-tubo), você deverá realizar o estudo de cada um deles para que
você possa entender um pouco mais sobre eles e utilizar uma análise crítica ao longo do
seu processo de escolha. Para te auxiliar nessa tarefa, em um primeiro momento:
Diferencie esses trocadores de calor, destacando as principais vantagens de cada um, bem
como as principais aplicações industriais de cada um deles. Para te auxiliar, você pode
recorrer ao material didático e ao roteiro técnico da prática de trocadores de calor do
laboratório virtual da ALGETEC.
Se, em um determinado processo, um trocador de calor de tubos concêntricos em que o
tubo interno tenha um diâmetro de ½ in, e a água esteja escoando nele a uma vazão de 15
L/min, qual seria o número de Reynolds do escoamento? Fundamente a sua resposta.
Em um determinado processo, qual seria o impacto de um aumento ou diminuição da vazão
no regime de escoamento (número de Reynolds) de um determinado trocador de calor?
Para aumentar a eficiência de troca térmica, seria melhor um maior ou menor número de
Reynolds? Fundamente a sua resposta tendo como base o coeficiente global de troca
térmica e as equações do calor sensível, calor de condução, calor de convecção e do
número de Reynolds.
A operação de um trocador de calor pode ser caracterizada quanto a direção do fluxo de
escoamento dos fluidos de troca térmica. Nesse contexto, a operação pode ser dita com
fluxo paralelo ou contracorrente. Qual a diferença entre esses dois tipos de fluxo quanto à
quantidade de calor trocado e à média logarítmica das temperaturas do trocador de calor?
Qual dos dois tipos de fluxo é recomendado para aumentar a eficiência do processo de
transferência de calor? Fundamente a sua resposta.
PARTE 2
Agora que você já sabe um pouquinho de cada trocador de calor, vamos supor que você
optou por escolher um trocador de calor de tubos concêntricos, também conhecido como
trocador de calor de tubo duplo. Para o trocador de calor de tubo duplo:
Utilize o simulador e avalie a influência da vazão e do tipo de trocador na transferência de
calor e na eficiência do trocador de calor. Ao final dos experimentos, monte uma tabela com
os dados coletados e faça os cálculos necessários para preencher a Tabela 01.
Tabela 01: Dados coletados durante a execução dos experimentos
PARTE 3
Agora que você já sabe um pouquinho de cada trocador de calor, bem como a influência do
tipo e da vazão na eficiência de troca térmica, com base nos dados coletados e
sumarizados na Tabela 01, analise os dados e faça uma análise crítica dos experimentos
realizados. A partir da análise realizada, responda os seguintes questionamentos:
A partir dos experimentos realizados e dos dados coletados na Tabela 01, qual a influência
da vazão na eficiência do trocador de calor? Fundamente a sua resposta.
Baseado nas informações levantadas nas partes 1, 2 e 3, quais seriam os critérios que
devem ser levados em consideração ao escolher um tipo de trocador de calor? Utilize a
equação de projeto do trocador de calor e a equação do coeficiente global de troca térmica
para fundamentar a sua resposta.
ANEXO – Direcionamento para realizar a PARTE 2
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