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Trocador de Calor

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Universidade Federal do Espírito Santo 
Centro Universitário Norte do Espírito Santo 
Departamento de Engenharias e Computação 
Curso de Graduação em Engenharia Química 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TROCADOR DE CALOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Alexandre Ferreira Lombardi 
Ana Priscila Landivar Ribeiro 
Douglas José de Araújo 
Henrique Nunes Lamas da Silva 
Victor Rocon Covre 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Mateus 
2011 
1 
 
Universidade Federal do Espírito Santo 
Centro Universitário Norte do Espírito Santo 
Departamento de Engenharias e Computação 
Curso de Graduação em Engenharia Química 
 
 
 
 
 
 
TROCADOR DE CALOR 
 
 
 
 
 
 
 
Alexandre Ferreira Lombardi 
Ana Priscila Landivar Ribeiro 
Douglas José de Araújo 
Henrique Nunes Lamas da Silva 
Victor Rocon Covre 
 
 
 
 
 
 
 Trabalho apresentado à disciplina de 
Ciência da Informação I, do curso de 
graduação em Engenharia Química da 
Universidade Federal do Espírito Santo, 
Centro Universitário Norte do Espírito 
Santo, sob a supervisão da professora 
Ana Beatriz Neves Brito e da professora 
Sandra Mara Santana Rocha 
 
 
 
 
 
 
 
 
São Mateus 
2011 
 
2 
 
Sumário 
 
 
1 - Introdução 3 
 
2 - O Trocador de Calor 4 
 2.1 - Objetivo 4 
 2.2 - Funcionamento 4 
 2.2.1 - Pela mistura de fluidos 4 
 2.2.2 - Com armazenagem intermediária 4 
 2.2.3 - Através de uma parede que separa os fluidos 4 
 2.3 - Figuras do Equipamento 5 
 2.4 - Representação esquemática em fluxograma 6 
 2.5 - Principais Tipos de Trocadores de Calor 6 
 2.5.1 - Duplo tubo 6 
 2.5.2 - Casco e Tubo 7 
 2.5.3 - De Placas 7 
 2.6 - Aplicações na Indústria 8 
 2.7 - Manuntenção 9 
 2.8 - O que um Engenheiro Precisa Saber 10 
 
3 - Conclusão 11 
 
4 - Referências Bibliográficas 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1 - Introdução 
 
 
Os trocadores de calor são equipamentos de extrema importância para a 
engenharia. Foram desenvolvidos muitos tipos de trocadores de calor para diversos 
campos da indústria, como usinas elétricas, usinas de processamento químico, ou 
em aquecimento e condicionamento de ar. Existem também aplicações domésticas 
bastantes comuns como em geladeiras e ar condicionados. 
Esse equipamento foi projetado para trocar calor entre fluidos, segundo as 
leis da termodinâmica, e, portanto proporcionar o reaproveitamento da energia 
térmica presente nos fluidos quentes. Dessa forma, ao conservar a energia, os 
trocadores de calor tornam-se importantes ferramentas para a preservação do meio 
ambiente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
2 - O Trocador de Calor 
 
 
2.1 - Objetivo 
 
 
O trocador de calor é um equipamento com a finalidade de realizar o 
processo de troca térmica entre dois sistemas, fluído quente e fluído frio. Essa troca 
pode ser feita entre sistemas separados ou misturando os fluídos. 
Este processo é amplamente aplicado em diversos setores da engenharia, 
como, por exemplo, em aquecedores, refrigeração, condicionamento de ar, 
recuperação de calor, usinas de geração de energia, plantas químicas, plantas 
petroquímicas, refinaria de petróleo, processamento de gás natural e tratamento de 
águas residuais. 
 
 
 
2.2 - Funcionamento 
 
 
Existem três princípios diferentes em que se baseiam os trocadores de calor, 
sendo o último o mais comum na indústria, pois não há contato entre os dois fluídos, 
e assim podem ser reaproveitados. Os demais possuem aplicações específicas. 
 
 
2.2.1 - Pela mistura de fluidos 
 
 Dois fluidos de temperaturas diferentes se misturam num único 
sistema, alcançando uma mesma temperatura final. Pode ocorrer tanto em ambiente 
aberto, quanto em sistema fechado. 
 
 
2.2.2 - Com armazenagem intermediária 
 
Os fluidos quente e frio são escoados alternadamente na mesma passagem. 
Quando o fluido quente atravessa a passagem, o calor é armazenado na parede e 
no enchimento do trocador, em seguida o fluido frio atravessa o trocador de calor e 
absorve o calor armazenado. Geralmente esse método é usado em gases. 
 
 
2.2.3 - Através de uma parede que separa os fluidos 
 
Os fluidos escoam no trocador sem contato direto, através de tubulações 
distintas, separadas por paredes de alta condutibilidade térmica. Geralmente essas 
paredes são feitas de metais, como o cobre e o alumínio, ou ligas metálicas. 
5 
 
O escoamento pode ser dado de duas formas, em correntes paralelas, em 
que os dois fluidos entram do mesmo lado do trocador e fluem no mesmo sentido, 
ou entram em lados opostos e fluem em sentido contrário; ou em correntes 
cruzadas, onde os fluidos escoam perpendicularmente. 
De modo geral, o escoamento em corrente cruzada é bastante aplicado em 
aquecimento de gases e sistemas de refrigeração. 
 
 
 
2.3 - Figuras do Equipamento 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2.3.1 - Trocadores de calor do tipo 
casco e tubo modelo Basco Type 500 
Fonte: API Heat Transfer 
Figura 2.3.2 - Trocadores de calor 
de placas modelo Schmidt Gasketed 
Fonte: API Heat Transfer 
Figura 2.3.3 - Trocadores de calor do 
tipo duplo tubo modelo Basco Hairpin 
Fonte: API Heat Transfer 
6 
 
2.4 - Representação esquemática em fluxograma 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.5 - Principais Tipos de Trocadores de Calor 
 
Na indústria de processos químicos, o princípio mais aplicado é o de troca 
de calor sem contato direto entre os fluidos. Os principais tipos são: 
 
 
2.5.1 - Duplo tubo 
 
O trocador de calor tipo duplo tubo segue o princípio de funcionamento com 
fluidos sem contato direto, pode ser tanto corrente paralela ou correte cruzada. Ele é 
Figura 2.4.1 - Representação esquemática de um trocador de calor em fluxograma 
Fonte: Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 
7 
 
composto por dois tubos concêntricos, um inserido no outro. Tanto o fluido quente 
quanto o fluido frio pode escoar no tubo interno. 
As principais vantagens desse tipo são a facilidade de construção e de 
montagem, ampliação de área, facilidade de manutenção e de acesso para limpeza. 
 
 
2.5.2 - Casco e Tubo 
 
O trocador de calor tipo casco e tubo também segue o princípio de 
funcionamento no qual não há contato direto entre fluidos. Este equipamento possui 
tubos em seu interior, onde circula um dos fluidos, enquanto o outro circula entre o 
casco e as paredes dos tubos. 
Para garantir uma maior transferência de calor, o fluido que circula 
externamente é desviado por placas dispostas de modo transversal no interior da 
carcaça, como mostra a figura 2.5.1. 
Este tipo de trocador é de amplo uso na indústria de processos químicos, 
além disso, é de fácil limpeza e de menor custo. 
 
 
 
 
 
 
2.5.3 - De Placas 
 
O trocador de calor deste tipo é formado por placas de metal enfileiradas, 
que são unidas por compressão, e sustentadas por barras. Essas placas possuem 
aberturas, tanto na parte superior quanto na inferior, para o escoamento dos fluidos, 
onde um dos fluidos circula pelo lado direito e o outro pelo esquerdo, em corrente 
em sentidos opostos. 
Entre as placas existem gaxetas – borrachas de vedação – que formam uma 
espécie de tubo por onde os fluidos escoam. Essas gaxetas estão dispostas de 
forma que permitam a passagem alternada dos fluidos entre as placas. 
Existem placas dos tipos planas, aletadas, espirais, entre outros. 
Figura 2.5.1 - Esquema de trocador de calor 
do tipo casco e tubo 
Fonte: Universidade Federal de Minas Gerais 
8 
 
 
 
 
 
 2.6 - Aplicações na Indústria 
 
 
Os trocadoresde calor são fundamentais na indústria e nas pesquisas 
científicas. São exemplos de trocadores de calor, as torres de refrigeração de água, 
refrigeração em geral, recuperadores, condensadores e caldeiras. Também é 
utilizado na produção de bebidas destiladas. 
As torres de refrigeração são utilizadas para o resfriamento de água para a 
indústria. A água quente goteja da parte superior da torre e encontra uma corrente 
de ar em temperatura ambiente. O ar flui em corrente contrária devido a um exaustor 
no topo da torre. 
 
A troca de calor ocorre por contato direto entre o ar e a água. Assim a água 
é resfriada e pode ser reaproveitada. 
Na refrigeração em geral, usa-se dois trocadores de calor em sistema 
fechado, com um único gás, o fréon (um fluorcarboneto não inflamável qualquer). 
Inicialmente, o gás frio passa por um compressor e se torna um gás de alta 
pressão, e assim sua temperatura aumenta. Então ele passa pelo primeiro trocador 
de calor, no qual ele perde calor para o meio externo. Em seguida, ele passa por 
Figura 2.5.2 - Esquema de trocador de calor de placas 
Fonte: Almathi 
Figura 2.6.1 - Esquema de torre de refrigeração 
Fonte: MPSC Engenharia 
9 
 
uma válvula e se expande, fazendo com que sua temperatura diminua e fique menor 
do que antes de ser comprimido. 
Esse gás frio, passa pelo segundo trocador de calor, resfriando um 
determinado ambiente. Após atravessar o trocador, ganha temperatura e retorna ao 
compressor, dando continuidade ao ciclo. 
 
 
Os recuperadores baseiam-se em um trocador de calor tipo duplo tubo. Em 
um dos tubos existe um fluido quente e no outro um fluido que necessita ser 
aquecido. Assim o trocador de calor aproveita a energia térmica para aquecer o 
outro fluido. 
Os condensadores são empregados em processos de separação de 
misturas por destilação, eles são responsáveis, pela condensação de vapores de 
substâncias que foram separadas no processo de destilação. Esse método é comum 
na extração de óleos e na purificação de líquidos. 
 
 
 
2.7 - Manuntenção 
 
 
Para que a integridade do trocador de calor seja mantida, é preciso que haja 
uma freqüente inspeção de suas peças. Para verificar se as paredes do trocador 
estão em bom estado usa-se dois métodos, o método do gás hélio e o método da 
corrente parasita. 
O método do gás hélio consiste em encher o trocador com o gás e verificar 
se ocorreu vazamento, através de um espectrômetro de massa, que mede a 
concentração do gás. Esse método é capaz de detectar e medir micro vazamentos. 
O método da corrente parasita baseia-se em aplicar um forte campo 
eletromagnético no trocador de calor, gerando correntes de Foucault (correntes 
circulares formadas nas paredes do trocador). Essas correntes são medidas e, se 
estiverem abaixo do padrão, indicam um dano na estrutura metálica. 
Outro problema freqüente com trocadores de calor é a incrustação, ou seja, 
a precipitação de impurezas na superfície dos tubos quando ocorre a passagem dos 
fluidos. Ela pode ser agravada pela falta de limpeza regular do trocador e/ou do seu 
uso freqüente. 
A incrustação prejudica o rendimento do trocador de calor ao diminuir o 
contato entre fluido e a parede do trocador. Para retirar a incrustação é necessário o 
uso de produtos químicos capazes de reagir com ela. Como esses produtos 
Figura 2.6.2 - Diagrama do ciclo de refrigeração 
Fonte: How Stuff Works 
10 
 
químicos podem corroer o equipamento e também contaminar o fluido, é melhor 
manter a limpeza regular do trocador. 
Trocadores de calor de placas precisam ser desmontados e limpos 
periodicamente. Trocadores de calor tubulares podem ser limpos por métodos como 
a limpeza ácida, jateamento e jato de água de alta pressão. 
 
 
 
2.8 - O que um Engenheiro Precisa Saber 
 
 
O engenheiro que vai projetar ou avaliar um trocador de calor deve ter 
conhecimento sobre algumas variáveis envolvidas no processo. As principais 
variáveis de processo num equipamento de troca térmica são: 
 A natureza dos fluidos que percorrem o trocador: por exemplos, eles 
podem ser corrosivos, tóxicos, ou alimentícios, cada um com um 
tratamento específico; 
 As temperaturas dos fluidos na entrada e na saída do trocador: elas 
determinam o valor do potencial térmico do trocador; 
 As pressões de operação: cada processos necessita de uma pressão 
específica, como para a condensação de determinados fluidos. Essa 
pressão precisa ser suportada pelo equipamento; 
 A velocidade de escoamento: se a velocidade de escoamento for alta, 
a turbulência do fluido será maior, e, portanto a área do trocador 
necessária para uma dada carga térmica será menor. Por outro lado, 
essa turbulência provoca um atrito maior e assim uma perda da carga 
maior; 
 A sujeira: o depósito de materiais indesejáveis no trocador dificulta a 
troca de calor. Caso haja muita sujeira, deve-se escolher um modelo de 
trocador de fácil limpeza; 
 Localização dos fluidos: para um trocador tipo casco e tubos, a 
localização dos fluidos se relaciona com a limpeza e manutenção do 
equipamento. O fluido mais “sujo” deve escoa no tubo, onde o trecho é 
reto e assim a turbulência é menor, evitando as incrustações. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11 
 
3 - Conclusão 
 
 
Os trocadores de calor não apenas realizam trocas térmicas, mas também 
são responsáveis pelo melhor aproveitamento energético nas indústrias. Um 
trocador bem projetado e adequadamento dimensionado para a sua operação, e 
com manutenção em dia, é capaz de realizar um processo de troca térmica mais 
eficiente, e, portanto, mais atrativo do ponto de vista econômico. Assim aumenta-se 
a competitividade do produto final. 
Além disso, do ponto de vista ambiental, o uso de trocadores de calor 
favorece o meio ambiente no momento em que se evita o descarte de fluidos em 
temperaturas elevadas ou então quando possibilita o reaproveitamento desse 
mesmo fluido para algum outro processo na indústria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
4 - Referências Bibliográficas 
 
 
HOLMAN, J. P. Transferencia de Calor. 8ª edição. Madrid: Concepción 
Fernández Madrid, 1998. 
 
MARTINELLI JÚNIOR, L. C. Transferência de Calor Parte V: Trocadores 
de Calor. 2000. Trabalho Acadêmico – Unijuí, Ijuí. 
 
DE OLIVEIRA, G. A. Dimensionamento de um Trocador de Calor Tipo 
Casco e Tubos. 2010. Trabalho Acadêmico (Graduação em Engenharia Mecânica) 
– Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Federal de Uberlândia, 
Uberlândia. 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS. Departamento de 
Engenharia Mecânica. Trocadores de Calor: documento de trabalho. Belo 
Horizonte. Disponível em: 
<http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema074/trocador/index.htm>. Acesso em: 11 
abr. 2011.

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