trabalho final e fenomenos de transporte 2 - ufam

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM 
FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA – DEQ 
CURSO – ENGENHARIA QUÍMICA – EQ 
 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO DE TROCADOR DE CALOR 
 
 
 
ALAN CHRISTIAN FERREIRA DA SILVA – 21350743 
EVANDRO DA SILVA SOARES JÚNIOR – 21457133 
FRANCINARA RODRIGUES - 21457690 
KALYNA ANDRADE – 21353300 
SABRINA OLIVEIRA SOUZA - 21353299 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANAUS (AMAZONAS) 
2017/2 
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1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS 
 
Trocadores de calor são dispositivos que permitem a troca de calor entre dois 
fluidos que estão a diferentes temperaturas. Na indústria petrolífera, são utilizados 
para a quebra de emulsões entre o petróleo e água, resfriamento de gases advindos de 
um processo de compressão, condensação e aquecimento de mistura em uma torre de 
destilação (SILVA et al 2011, apud SANT’ANNA, 2005). 
Os mais comuns são os trocadores de calor em que um fluido se encontra 
separado do outro por meio de uma parede, através da qual o calor se escoa, estes 
tipos de trocadores são chamados recuperadores. Existem várias formas destes 
equipamentos, variando do simples tubo dentro de outro, até os condensadores e 
evaporadores de superfície complexa. Entre estes extremos, existe um vasto conjunto 
de trocadores de calor comuns tubulares. Essas unidades são largamente utilizadas, 
devido à possibilidade de serem construídas com grande superfície de transferência, 
em um volume relativamente pequeno, além de possibilitar a fabricação com ligas 
metálicas resistentes à corrosão e, são apropriados para o aquecimento, resfriamento, 
evaporação ou condensação de qualquer fluido (GANGHIS, 2008). 
A eficiência de um trocador está relacionada à higiene dos tubos, pois durante 
o processo operacional há deposição de diversos tipos de detritos e incrustação que 
por sua vez prejudicam as trocas de calor bem como queda na pressão do fluido (SILVA 
et al 2011, apud REIS, 2002). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Desenvolvimento da Questão 
 
Óleo em um motor está sendo resfriado por ar em um trocador com fluxo 
cruzado no qual ambos os fluidos são misturados. O óleo (��� = 2.047 �/��. �) 
fluindo a uma taxa de escoamento de 0,026 ��/� entra no trocador de calor a 75 °�, 
enquanto o ar (��� = 1.007 �/��. �) entra a 30 °� com vazão de 0,21 ��/� . O 
coeficiente global de transferência de calor do trocador de calor é 53 �/��. �, e a 
área total da superfície é 1��. Determine (a) a efetividade da transferência de calor e 
(b) a temperatura de saída do óleo. 
 
Solução: 
(a) 
O método da efetividade “NUT”, é utilizado quando mais de uma 
temperatura de entrada ou saída é desconhecida. Neste método, primeiro 
determinamos as taxas de capacidade de calor dos fluidos quente e frio e 
identificamos a menor: 
 
 �� = ����� = (0,026 ��/�)(2.047 �/��. �) = 53,222 �/� 
 �� = ����� = �0,21
��
�
� �1.007
�
��
. �� = 211,47 �/� 
Logo: 
 ���� = �� = 53,222 �/� 
que é a menor das duas taxas de capacidade térmica e: 
 ��á� = �� = 211,47 �/� 
Em seguida, calcula-se a razão entre as taxas de capacidades térmica 
encontradas, representada pelo número adimensional “c”: 
 � = ����/��á� = 53,222/211,47 = 0,2517 
 
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O NUT (número de unidades de transferência) é definido pela relação 
entre o coeficiente global de transferência de calor “�”, a área de troca térmica 
“�” e a capacidade calorifica mínima “����”: 
 ��� = 
��
����
 = (53 � 1)/(53,222) = 0,995829 
A efetividade desse trocador de calor de fluxo cruzado de óleo não 
misturado e ar misturado é determinada pela seguinte equação segundo 
(ÇENGEL, A., Y., GHAJAR, J., A.): 
 � = 
�
�
(1 − ���(−�[1 − ���(−���)])) 
 � = 
�
�,����
(1 − ���(−0,252[1 − ���(−0,995829)])) 
 � = 0,583086 
 
(b) 
A taxa máxima de transferência de calor é determinada por: 
 �̇�á� = ����(��,���– ��,���) 
= (53,222�/�)(75 − 30)°� = 2.394,99 � 
 A taxa real pode ser calculada pela relação entre a efetividade e a taxa 
máxima de transferência. Tem-se: 
 �̇ = � . �̇�á� = (0,583086)(2.394,99 �) = 1396,5 � 
 Assim, a temperatura de saída do óleo (��,���) pode ser encontrada: 
 ��,��� = � �,��� −
�
��
 = 75°� – �
����,�
��,���
� = 48,76 °� 
 Portanto, a temperatura do óleo diminuirá de 75°� para 48,76 °� neste 
trocador de calor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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3. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
Os trocadores de calor são dispositivos que permitem a troca de calor entre 
dois fluidos sem que seja permitida a mistura entre eles. A transferência de calor em 
um trocador geralmente envolve convecção em cada fluido e condução através da 
parede que separa os dois fluidos. O método da efetividade-NTU é o mais adequado 
para prever as temperaturas de saída dos fluidos quente e frio em determinado 
trocador de calor. Com isso podemos concluir que o projeto de um trocador de calor 
depende de vários fatores, como a taxa de transferência de calor, custos, queda de 
pressão, tamanho, tipo de construção, material e ambiente de operação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4. REFERÊNCIAS 
 
ÇENGEL, A., Y., GHAJAR, J., A., Transferência de calor e massa: Uma 
abordagem prática. Bockman, 4 ed. 2012. Pag. 598 a 605. 
 
INCROPERA, P., F., DEWITT, P., D., BERGMAN, L., T., LAVINE, S., A., 
Fundamentos de Transferência de Calor e Massa. Gen, LTC. 7 ed. 2005. 
SILVA, A., B., J., ABRAMTES,A., H., VILELA, A., GAMA, S., B., Trocadores de Calor 
na Indústria de Petróleo. 2011. Disponível em: 
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAetHoAB/trocadores-calor-na-industria-
petroleo-gas.pdf. Acessado em 02/12/2017. 
GANGHIS, D., Apostila: Trocador de Calor. Centro Federal e Educação 
Tecnológica – BA. 2008. disponível em: 
www.ifba.edu.br/...Transferência%20de%20Calor/Apostila%20de%20Trocadore
s%20.pdf. Acessado em 02/12/2017.