TROCADORES DE CALOR definitivo

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
VIVIAN CRISTINA MENEZES 
STHEFANNY GRANZOTI PEREIRA 
TIFFANNY AMERICO GROSSI 
 
 
 
 
 
 
 
 
TROCADORES DE CALOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2018 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ 
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA QUÍMICA 
VIVIAN CRISTINA MENEZES 
STHEFANNY GRANZOTI PEREIRA 
TIFFANNY AMERICO GROSSI 
 
 
 
 
 
 
 
 
TROCADORES DE CALOR 
 
 
 
Trabalho realizado para obtenção de 
nota parcial na disciplina de Introdução à 
Engenharia Química do curso de 
Engenharia Química sob a orientação do 
Prof. Alberto Tadeu Martins. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CURITIBA 
2018 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO........................................................................... 1 
2. TROCADORES DE CALOR ...................................................... 2 
2.1. Funcionamento ................................................................... 2 
2.1.1. Com armazenagem intermediária ................................... 2 
2.1.2. Através de uma parede que separa os fluidos .............. 2 
2.1.3. Pela mistura de fluidos ................................................... 3 
3. TIPOS DE TROCADORES DE CALOR .................................... 4 
3.1. Trocador de calor de Duplo Tubo ..................................... 4 
3.2. Trocador de Calor tipo Feixe Tubular ............................... 5 
3.3. Trocador de calor em Serpentina ...................................... 6 
3.3.1. Aplicações e Funcionamento ......................................... 6 
3.4. Trocador de calor de placas .............................................. 7 
3.4.1. Aplicações ....................................................................... 7 
3.5. Trocadores de calor compactos ....................................... 8 
4. MANUTENÇÃO E CONSERVAÇÃO ......................................... 9 
5. CONCLUSÃO .......................................................................... 10 
6. REFERÊNCIAS ....................................................................... 11 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Este trabalho tem como objetivo apresentar o princípio de funcionamento dos 
trocadores de calor e os principais tipos existentes. É intrínseco conhecer os 
principais modelos com suas vantagens e desvantagens para poder escolher o 
melhor de acordo com a necessidade do processo industrial. Para tanto, deve-
se sempre pensar em otimização, palavra-chave para todo engenheiro químico. 
 
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2. TROCADORES DE CALOR 
Um trocador de calor é um equipamento que tem como objetivo a transferência 
de calor eficiente de um meio para outro. Nesse caso, visa transferir calor de 
um fluido para o outro, enquanto as temperaturas desse fluidos são diferentes 
entre si, sendo um fluido quente e outro frio. 
Os trocadores de calor são utilizados em vários ramos da engenharia, como 
por exemplo nas áreas de refrigeração, condicionamento de ar, geração de 
energia, petroquímicas, tratamento de águas residuais, entre outros. 
2.1. Funcionamento 
O funcionamento dos trocadores de calor se baseiam em 3 princípios, sendo o 
segundo o mais comum na indústria, pois não ocasiona o contato entre os 
fluidos, permitindo, desta maneira, que os dois fluidos sejam reaproveitados 
posteriormente. Os princípios restantes possuem aplicações específicas. 
2.1.1. Com armazenagem intermediária 
Os fluídos são escoados de modo intercalado na mesma passagem. Quando o 
fluido quente atravessa a passagem, o calor é armazenado na parede do 
trocador. Em seguida o fluido frio atravessa o trocador de calor e absorve o 
calor armazenado. O método descrito é, geralmente, usado em processos com 
gases. 
 
2.1.2. Através de uma parede que separa os fluídos 
Os fluidos escoam no trocador sem contato direto, através de tubulações 
diferentes, separadas por paredes de alta condutibilidade térmica (paredes 
essas feitas, geralmente, de metais como o cobre e o alumínio, ou até mesmo 
de ligas metálicas). O escoamento pode ocorrer e correntes paralelas em que 
os fluídos entram do mesmo lado do trocador e fluem no mesmo sentido, ou 
entram por lados diferentes e fluem em sentido contrário; ou em correntes 
cruzadas onde os fluídos escoam perpendicularmente. O escoamento em 
corrente cruzada é bastante utilizado em aquecimento de gases e sistemas de 
refrigeração. 
 
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2.1.3. Pela mistura de fluidos 
Dois fluidos de distintas temperaturas se unem em um único sistema, de modo 
a alcançar uma mesma temperatura final. O processo pode acontecer em 
ambiente aberto e até mesmo em sistemas fechados. 
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3. TIPOS DE TROCADORES DE CALOR 
 
 
3.1. Trocador de calor de Duplo Tubo 
É o tipo mais simples de trocador de calor. Consiste em dois tubos 
concêntricos com conexões nas suas extremidades para permitir a passagem 
dos fluidos de uma seção para a outra. Um dois fluidos circula pelo tubo interno 
e o outro pelo espaço anular entre os tubos, geralmente em sentido contrário 
ao do tubo interno. A troca de calor ocorre na área de contato entre eles, 
através da parede da tubulação interna. É de fácil construção e manutenção, 
além disso possui capacidade de ampliação de área (conectando vários tubos 
em série). A principal desvantagem deste equipamento é o alto custo por 
unidade de área de troca térmica, por isso é usado para pequenas vazões ou 
áreas de troca e para altas pressões. 
 
 
Figura 1: Exemplo de trocador de duplo tubo. Fonte: Universidade Federal de Juíz de 
Fora. 
 
 
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3.2. Trocador de Calor tipo Feixe Tubular 
 
Esse tipo de equipamento permite áreas de troca de calor maiores do que um 
trocador de duplo tubo. Consiste em um casco cilíndrico, com um feixe de 
tubos em seu interior (banco de tubos). Estes tubos determinam a área de 
troca térmica entre os fluidos. Um dos fluidos escoa pelo exterior do tubos e o 
outro circula pelo interior. A estrutura que suporta esse banco de tubos são os 
espelhos, que são placas de metal perfuradas onde em cada furo são inseridos 
um dos feixes tubulares. Cada tubo do feixe atravessa as chicanas, que são 
placas perfuradas. Estas suportam os tubos na posição apropriada, evitam 
vibrações nos tubos e aumentam a turbulência no escoamento e, 
consequentemente, aumentam as trocas térmicas. Pode-se construir 
trocadores com tubos longos e um diâmetro de casco pequeno ou trocadores 
com tubos mais curtos e diâmetro de casco maior. Para o segundo caso, 
posiciona-se os tubos de maneira que o fluido faça duas voltas pelo feixe 
tubular. Vale ressaltar que, se os tubos estiverem fixados na carcaça, uma 
pequena dilatação dos tubos já será capaz de causar rachaduras no 
equipamento. Por este motivo, coloca-se cabeçotes em cada uma das 
extremidades do feixe tubular, dando certa mobilidade para o feixe. Esse tipo 
de trocador é denominado de “cabeçote flutuante”. As principais vantagens do 
trocador de calor tipo feixe tubular são: baixo custo por unidade de área de 
troca de calor e a grande variedade de tipos disponíveis no mercado. A 
principal desvantagem é a grande dificuldade de realizar alterações em um 
equipamento já pronto. 
 
Figura 2: Trocador de calor tipo feixe tubular ou casco e tubo. Fonte: Metalica 
 
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3.3. Trocador de calor em Serpentina 
O trocador de calor serpentina é um equipamento utilizado para processar a 
troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas. Consiste em uma 
ou mais serpentina de tubos circulares alinhados em uma carcaça.O trocadorde calor serpentina é fabricado através de materiais resistentes e com boa 
condutividade de calor como, por exemplo, o aço inoxidável, o cobre, entre 
outros. A transferência de calor ligada a um tubo espiral é mais alta do que a 
transferência de calor associada a um tubo duplo. 
3.3.1. Aplicações e Funcionamento 
Possui diversas aplicações na engenharia, como no resfriamento e 
aquecimento de ambientes, condicionamento de ar, na recuperação de calor e 
em processos químicos como em evaporadores e aquecedores, e também em 
condensadores, por exemplo. 
Exemplo de funcionamento: Em caso de resfriamento de água, a serpentina 
possui em seu interior um fluído a ser refrigerado e um fluído refrigerante que é 
armazenado em um tubo envolto por sistema de tubos no formato serpentina. A 
água que é o elemento a ser resfriado circulará dentro do trocador de calor em 
volta desse tubo para que ocorra o resfriamento. 
 
Figura 3: Trocador de calor em serpentina. Fonte: Universidade Federal de Juíz de Fora. 
 
 
Figura 3: Trocador de calor em serpentina (imagem real). Fonte:Termotek 
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3.4. Trocador de calor de placas 
É o trocador que utiliza placas de metal para transferência de calor entre dois 
fluidos. Esta categoria de trocadores de calor foi inserida nas indústrias 
farmacêutivas e de alimentos no ano de 1930, devido à facilidade de limpeza 
que proporciona.Os trocadores de caor de placas são formados por um pacote 
de finas placas metálicas prensadas em um pedestal. Esse pedestal dispõe de 
placas fixa e de aperto móvel, (que possuem bocais para conexão das 
tubulações de alimentação e de coleta dos fluidos), e de barramentos superior 
e inferior e de parafusos de aperto.Apresentam grande vantagem sobre os 
demais tipos de reocadores de calor, pois os fluidos são expostos a uma maior 
superfície, espalhados sobre as placas, o que facilita a transferência de calor e 
aumenta a velocidade da variação de temperatura. 
 
3.4.1. Aplicações 
Em geral, os trocadores de calor de placas são utilizados com finalidade de 
esfriamento, aquecimento ou recuperação de calor entre líquidos com 
temperaturas inferiores a 150°C e pressões não maiores que 1,4 MPa. São 
usados frequentemente no ramo de alimentos colo laticínios, sucos e cervejas, 
e também na indústria farmacêutica. 
 
 
Figura 4: Trocador de calor de placas. Fonte:Esquema de trocador de calor do tipo casco 
e tubo Fonte: Universidade Federal de Minas Gerais 
 
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3.5. Trocadores de calor compactos 
São equipamentos que estimulam a transferência de calor entre dois fluidos 
geralmente separados por uma interface sólida, e que possuem elevada área 
de transferência de calor e volume do trocador. 
Exemplos: trocadores de placa e espiral, trocadores com tubos aletados, 
resfriadores a ar e variações do trocador casco e tubo. 
 
 
 
Figura 5: Trocador de calor compacto. Fonte: Metalica. 
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4. MANUTENÇÃO E CONSERVAÇÃO 
Para o bom funcionamento do trocador de calor, é necessário que haja 
inspeções frequentes. Para a avaliação do estado das paredes do trocador de 
calor, são usados dois métodos, o método do gás hélio, que consiste em 
preencher totalmente o trocador com gás hélio e, posteriormente, observar se 
houve vazamento, através de um espectro de massa, com o intuito de medir a 
concentração do gás. O método é capaz de detectar micro vazamentos; O 
método da corrente parasita se fundamenta na aplicação de um forte campo 
eletromagnético no trocador de calor, ocasionando correntes de Foucault, que 
são medidas e, se encontradas abaixo do padrão indicado, apontam dano na 
estrutura metálica. 
Os trocadores de calor tendem a acumular impurezas na superfície dos tubos, 
devido a passagem dos fluidos. Para evitar futuros danos, deve-se inspecionar 
regularmente a higiene dos trocadores, especialmente, de suas superfícies, 
pois a incrustação tente a prejudicar o rendimento e a diminuir o contato entre o 
fluido e a parede do trocador. Esse equipamento necessita de desmontagem e 
limpeza periodicamente. 
 
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5. CONCLUSÃO 
Podemos observar que os trocadores de calor realizam funções além das 
trocas térmicas. Ao longo da pesquisa concluímos que são responsáveis pela 
otimização do aproveitamento energético nas indústrias. Quando bem 
planejados, dimensionados e conservados, os trocadores de calor são capazes 
de executar de modo mais eficiente as trocas térmicas, tornando-se 
economicamente interessante, o que pode desencadear maior competitividade 
do produto final. Os trocadores de calor beneficiam, também, o meio ambiente, 
devido ao fato evitarem o descarte de fluidos em alta temperatura e, também, 
até mesmo por tornarem possível o reaproveitamento dos fluidos que seriam 
descartados, para outros procedimentos. 
 
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6. REFERÊNCIAS 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUÍZ DE FORA – DEPARTAMENTO DE 
ENGENHARIA MECÂNICA E DE PRODUÇÃO, podendo ser encontrado em: 
http://www.ufjf.br/washington_irrazabal/files/2014/05/Aula-23_Trocadores-de-
Calor.pdf 
BEJAN, ADRIAN. São Paulo E. Blucher. Transferência de calor.1996 
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. 
http://www.trocadordecalor.com.br 
http://wwwo.metalica.com.br/principais-tipos-de-trocadores-de-calor 
http://www.termotek.com.br/ 
https://betaeq.com.br/index.php/2015/09/08/trocadores-de-calor-do-tipo-placas/