Reatores encamisados

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REATORES ENCAMISADOS 
1. Definições 
Reatores encamisados consistem de um aparato, normalmente aplicado em 
processos de extração, equipado com dispositivo de aquecimento com passagem 
de água que permite o controle da temperatura (MARINHO, 2016). Um reator 
encamisado é um contêiner projetado para permitir o controle preciso da 
temperatura de seu conteúdo. A jaqueta que envolve o recipiente é usada para 
circular o fluido que aquece ou resfria o recipiente e é projetado para garantir uma 
troca uniforme de calor entre o fluido circulante, as paredes do reator e o conteúdo 
que está sendo processado. 
2. Aplicações 
Transferência de calor em sistemas agitados é de extrema importância na 
Engenharia Química, influenciando o projeto de reatores, evaporadores, 
cristalizadores e misturadores. Nessas operações, o aquecimento ou o resfriamento 
do fluido no tanque é necessário para remover o calor de reação ou para garantir 
uniformidade de temperatura no tanque conforme a especificação do processo. 
Reatores encamisados são empregados como reatores químicos para 
remover o calor elevado da reação ou para reduzir a viscosidade de fluidos 
altamente viscosos, como o alcatrão. A agitação também pode ser usada em 
reatores encamisados ​​para melhorar a homogeneidade das propriedades do fluido 
(como temperatura ou concentração). 
Muitas aplicações exigem aquecimento e resfriamento. Um produto produzido 
em batelada, por exemplo, pode ser levado até um ponto de ajuste de temperatura 
de 200 °C, e então um resfriamento rápido pode ser necessário no final do 
processo. Nesses casos, um resfriador é conectado a uma unidade de controle de 
temperatura para fornecer água de resfriamento para essa parte final de um 
processo. 
 Reatores encamisadas são comumente usados nas seguintes indústrias: 
● Cosméticos 
● Fermentação 
● Processamento de comida 
● Processamento de alimentos para animais de estimação 
● Petroquímico 
● Polímeros 
● Farmacêutico 
● Química 
3. Dispositivos de Transferência de Calor (Classificações e Configurações) 
Os tipos mais comuns de equipamentos de transferência de calor utilizados são as 
camisas, as serpentinas helicoidais, as serpentinas espirais de fundo e as chicanas 
tubulares (Figura 2.5; (a), (b) e (c)). Oldshue (1983) e Gomide (1997) ressaltam que 
para cada caso existe um coeficiente de película específico. 
3.1. Jaquetas ou camisas 
Jaquetas, também conhecidas como camisas, são definidas como um cilindro 
para revestimento externo de um tanque onde se pretende realizar uma 
transferência de calor, tanto para aquecimento quanto para resfriamento da mistura 
reacional. O espaço anular entre o tanque a camisa é preenchido com difusores de 
costado com a finalidade de direcionar o fluido para ocupar toda a superfície de 
troca de calor disponível e servir de reforço para o costado interno submetido à 
pressão externa (ARFELLI, 2009). 
Assim, o fluido circula diretamente em toda jaqueta, ou então em tubulações 
que envolvem o tanque de forma helicoidal, sem que haja contato entre o fluido 
contido no interior do tanque e o fluido usado na troca térmica que circula pela 
jaqueta (FERREIRA et. al., 2015). 
 
 
FONTE: (Adaptado de COUKER, 2007 e Arfelli, 2009) 
O uso da jaqueta depende do conhecimento de algumas propriedades como 
a condutividade térmica e a espessura do tanque. Além disso, o uso de um 
impedidor e de chicanas tornam-se necessárias. Uma vez que, o fluido que está no 
centro do tanque precisa se movimentar na direção da sua parede, e ao se chocar 
contra ela é preciso evitar a formação de vortex no interior do reator, a fim de 
melhorar a troca térmica e a eficiência da mistura. Por motivos de segurança, 
quando se trabalha com aquecimento, é necessário que seja instalado um 
isolamento (FERREIRA et. al., 2015). 
Para Arfelli (2009), a jaqueta representa um ótimo método de aquecimento ou 
resfriamento para reatores de processo, em termos de controle e qualidade do 
produto e possui vantagens importantes como a possibilidade de uso de qualquer 
fluido de aquecimento ou refrigeração; permitir controlar a vazão, temperatura e 
velocidade do meio; ser fabricada com material mais barato que a confecção do 
próprio tanque/reator e por permitir eliminar virtualmente problemas de 
contaminação, limpeza e manutenção. 
Contudo, a utilização de jaquetas tem algumas limitações como a distribuição 
da temperatura dentro do tanque, que pode não ser uniforme quando se opera com 
regime laminar (NIEDZIELSKA, 2005 apud FERREIRA et. al., 2015). Ademais, é 
praticamente impossível aumentar a capacidade de um equipamento como este e 
em casos de ampliação da unidade industrial a alternativa é apenas a substituição 
(OLDSHUE, 1983 apud FERREIRA et. al., 2015). 
3.2. Serpentinas meia-cana 
Uma jaqueta de serpentina meia-cana, capaz de tornar um projeto apropriado 
para uma larga escala de serviços de processo por fornecer altas velocidades e 
turbulência, além de elevar a rigidez estrutural de construção, consiste de condutos 
soldados diretamente à parede do vaso. Este canal pode ser de aço tubo, mas é 
comumente feito de tubo no qual sua seção transversal é cortada ao meio ou a um 
terço dele (McKETTA,1992 apud FERREIRA et. al., 2015). 
 
FONTE: (Adaptado de Arfelli. 2009) 
Desse modo, conforme explicitado por Arfelli (2009) o projeto da serpentina 
meia-cana, soldada ao costado do tanque, propicia ao fluido boa velocidade e 
turbulência, implicando em alto coeficiente de filme ou baixa resistência térmica 
convectiva. Além disso, devido as características construtivas oferece maior rigidez 
estrutural ao tanque reduzindo, consequentemente, o gasto com a diminuição da 
espessura da chapa do costado, normalmente feita de aço inoxidável. 
Neste contexto, as serpentinas meia-cana são indicadas para operações em 
altas temperaturas, ou quando há riscos de contaminação, por serem um tipo de 
serpentina eterna impedindo contado do produto com o fluido de aquecimento ou 
refrigeração. Por exemplo, são usadas com óleos a altas temperaturas devido à alta 
resistência estrutural do equipamento (FERREIRA, 2019). 
Quando se utiliza vapor, devem-se adicionar conexões para conduzir 
condensado e impedir escoamento de duas fases (água-vapor). Por não haver 
limitações quanto ao número e locação das conexões de entrada e saída, a 
serpentina pode ser dividida em zonas múltiplas para garantir uma máxima 
eficiência e flexibilidade. Várias zonas reduzem a perda de carga do meio de troca 
térmica na jaqueta. Uma das economias mais importantes com a utilização da 
serpentina meia-cana (Figura 24) é a redução da espessura da parede do vaso. 
Esta redução mais do que compensa a perda de superfície de troca de calor 
em decorrência da região não coberta. (FOGG & URL, 1971). Para máxima 
eficiência na troca térmica, o espaço entre serpentinas é de 19 mm. Contudo, se o 
coeficiente de transferência de calor convectivo é extremamente baixo, este 
espaçamento pode ser aumentado sem qualquer perda na superfície de troca 
térmica devido à “eficiência de aleta” da meia-cana.3.3. Serpentinas Helicoidais 
As serpentinas helicoidais, apresentadas na Figura X, são utilizadas na 
indústria para aquecimento ou resfriamento, principalmente quando se necessita de 
grande área de troca térmica. Consistem em tubulações geralmente de aço, cobre 
ou ligas, em forma de helicóides, instaladas dentro do tanque, tornando a 
transferência de calor mais eficiente, que pode ser ainda melhorada (aumento de 70 
a 90% na eficiência de troca térmica) se utilizada duas secções de serpentina 
formando a helicóide dupla (FERREIRA et. al., 2015). 
 
Fonte: (SINNOTT, 2003) 
Outra opção, também utilizada, é diminuir a distância entre os tubos das 
serpentinas, evitando que se toquem, propiciando que a área de transferência de 
calor aumente. Em geral, enquanto que as jaquetas são recomendadas para fluidos 
mais viscosos, as serpentinas helicoidais são usadas para líquidos de baixa 
viscosidade, devido ao baixo custo, pressões de operação maiores e maiores 
coeficientes de transferência de calor (FERREIRA et. al., 2015). 
3.4. Serpentinas Espirais 
A serpentina espiral é uma tubulação, normalmente feita de aço, cobre ou 
ligas, enrolada em forma de espiral, que é instalado horizontalmente próximo da 
base do tanque, ou ainda muito próximo desta. É utilizada em tanques de 
estocagem onde se pretende facilitar o bombeamento do fluido elevando a 
temperatura apenas do fundo do tanque. A serpentina interna minimiza o custo e 
facilita a transferência de calor já que a superfície de troca de calor está imersa no 
próprio produto. Com este tipo de serpentina, contudo, não se aplica impelidores 
(FRAZA, 2012 apud FERREIRA et. al., 2015). 
 
Fonte: (FRAZZA, 2012) 
3.5. Placas verticais 
As placas verticais são outra forma de transferência de calor, formadas por chapas 
lisas com tubulações em seu interior por onde circula o fluido (Figura 2.7). Podem 
ser instaladas radialmente ao tanque ou em ângulos de 45º com a base, 
substituindo com maior eficiência as chicanas. São de fácil instalação e manutenção 
(PENNEY e ATIEMO-OBENG, 2004). 
 
Fonte: (OLDSHUE, 1983) 
3. Manutenção 
 
Fonte: (De Dietrich Process Systems ltd) 
(Dados extraídos do manual do fabricante sobre manutenção preventiva, acesso 
em:​https://www.che.utah.edu/~tony/chen4903/equipment/R_Glass_Lined_Reactor/M
ANUAL_Maintenance.pdf​) 
Com um programa de manutenção preventiva adequado, a vida útil da sua 
embarcação de aço revestida de vidro pode ser prolongada por um longo 
período de tempo. O aço revestido de vidro é um material resistente, mas deve 
ser mantido adequadamente e periodicamente. Um programa regular de 
inspeção com detecção precoce de danos no revestimento pode ajudar a evitar 
uma grande falha de sua embarcação. Um sistema de vigilância contínua com 
aviso prévio do revestimento de vidro é um ativo inestimável para o usuário. A 
De Dietrich oferece nosso GlasGuard Model AZ como proteção contra uma falha 
https://www.che.utah.edu/~tony/chen4903/equipment/R_Glass_Lined_Reactor/MANUAL_Maintenance.pdf
https://www.che.utah.edu/~tony/chen4903/equipment/R_Glass_Lined_Reactor/MANUAL_Maintenance.pdf
grave. (Ver Boletim 116). Além da manutenção, a limpeza do equipamento e a 
área em que ele está localizado ajudarão a prolongar a vida útil da embarcação. 
 
3.1. Checklist de Manutenção 
Uma lista de verificação de manutenção preventiva deve ser preparada, listando 
todas as áreas que devem ser mantidas e um cronograma para esses 
procedimentos. Dependendo da gravidade do processo, os intervalos de tempo 
para essas inspeções variam. Inicialmente, uma inspeção a cada seis meses 
deve ser instituída, se possível. Manter registros precisos dos procedimentos de 
inspeção ajudará a avaliar os resultados das inspeções. A De Dietrich oferece 
um programa de Contrato de Manutenção Preventiva que cobre todas as 
inspeções necessárias com relatórios escritos disponíveis para o usuário. 
A lista de verificação deve incluir o seguinte: 
1. Aparência da embarcação internamente 
uma. 
a. Teste de faísca 
b. Teste de espessura de vidro 
2. Selo mecânico e lubrificador (se aplicável) 
3. Desempenho do motor e acionamento 
4. Conexões do bico da embarcação 
uma. 
a. Condição das juntas 
b. Condição de conectar parafusos e braçadeiras 
5. Aparência do vaso externamente 
6. Conexões do invólucro da embarcação 
uma. 
a. Bocais de agitação 
b. Válvula de escape 
3.2. Inspeção interna 
O revestimento de vidro deve ser inspecionado visualmente quanto a quaisquer 
sinais de perda de verniz, corrosão ou erosão (especialmente as lâminas do 
agitador e o defletor). Além disso, o revestimento deve ser testado por faísca 
(consulte o Boletim De Dietrich 883 ou 185) quanto a sinais de falha no 
revestimento de vidro. Finalmente, as medições da espessura do vidro devem 
ser tomadas aleatoriamente e mais detalhadas em áreas com aparência 
questionável. Os detalhes desses testes estão listados no parágrafo 3.0 desta 
seção. 
3.3. Inspeção de selo mecânico 
Inspecione o selo mecânico e o lubrificador (se aplicável), que inclui a troca do 
lubrificante conforme necessário. Inspecione a vedação mecânica de acordo 
com os boletins 782, 880, 980, 1070 e 1184 da De Dietrich. 
3.4.Inspeção de motor 
Inspecione o motor e o inversor, que incluem troca de óleo e lubrificação, conforme 
mencionado no Boletim De Dietrich 980-1 (para inversores PTE) e no Boletim 
788-3 (para inversor série 60). 
3.5.Inspeção de juntas e conexões 
Verifique todas as conexões da junta e aperte novamente ou substitua as juntas 
com vazamento, conforme necessário. Para valores de torque, consulte a Seção 
V deste boletim, bem como informações sobre as juntas apropriadas. Verifique 
as condições de todos os grampos e parafusos e lubrifique conforme necessário. 
Use Never – Seeze® (ou equivalente) para lubrificar as roscas. 
3.6 Inspeção da parte externa 
Inspecione a parte externa do vaso quanto a derramamento de produtos químicos. 
Quaisquer derramamentos devem ser imediatamente neutralizados e depois 
lavados com água e secos. O vaso deve ser repintado conforme necessário. 
Limpe o interior da camisa periodicamente, drenando o diafragma inferior (deve 
ser drenado semanalmente). (Consulte o parágrafo 3.8 desta seção para limpar 
a jaqueta). 
3.7 Limpeza de componentes 
Remova, limpe e inspecione os bicos agitadores da camisa em vasos com camisa. 
Eles devem ser substituídos quando necessário. Verifique todos os dispositivos 
de alívio de pressão na camisa e no vaso. Verifique se estão em boas condições 
de trabalho. Verifique externamente o recipiente quanto a sinais de corrosão, 
especialmente nos anéis de fechamento da camisa. Repintar conforme 
necessário. Verifique todas as conexões dos bicos da camisa, incluindo juntas 
de expansão e suportes de tubulação. 
 
4. Limpeza de camisas 
Jaquetas estão sujeitas a incrustações devido ao acúmulo de depósitos de 
aquecimento e resfriamento. À medida que os revestimentos dos reatores são 
contaminados com a corrosão por óxido de ferro, a produção é afetada 
negativamente. Com o tempo, a incrustação interna dos revestimentos em 
reatores de aço revestidos de vidro reduz a eficiência datransferência de calor, 
aumenta o tempo de reação e diminui o rendimento em até 15%. A inspeção 
periódica da camisa prolonga a vida útil de sua embarcação, e somente a De 
Dietrich fornece uma ou mais portas de limpeza da camisa especificamente para 
essa finalidade. Quando for determinado que a jaqueta deve ser limpa, 
recomendamos um dos seguintes: 
A De Dietrich se alinhou com a Nalco Company para fornecer o serviço de limpeza 
de jaqueta de reator mais abrangente atualmente disponível para a indústria - 
RestorTM. Desenvolvido pela Nalco Company e testado e aprovado pela De 
Dietrich, o composto de limpeza GLRxTM remove com rapidez e segurança o 
acúmulo de óxido de ferro das jaquetas dos reatores de aço revestidos de vidro. 
Funciona sem danificar o revestimento de vidro ou dissolver o metal base dos 
reatores. Solicite o Boletim 548 para obter informações adicionais. 
Entre em contato com a De Dietrich Process Systems e / ou a Nalco Company para 
obter instruções e procedimentos sobre a limpeza do revestimento com 
RestorTM e GLRTM. * (GLRx e Restor são marcas comerciais da Nalco 
Company). 
Para incrustações leves, principalmente devido ao uso de salmoura, recomendamos 
também uma solução a 15% de hipoclorito de sódio (consulte a Tabela 1 para 
obter as capacidades da camisa). 
--------------------------- 
As duas conexões "A" e "B", mostradas acima na Figura 13, são arranjos típicos em 
que são necessárias conexões de serviço de vapor e líquido. O plano “B” pode 
ser usado onde salmoura, vapor e água são usados na camisa. Esse arranjo 
permitirá a remoção de incrustações e ferrugem. A drenagem periódica do anel 
de expansão deve ser praticada. 
 
5. Dimensionamento de Reatores Encamisados com Jaqueta Convencional 
A transferência de calor em reatores acontece principalmente por convecção e 
condução, sendo que, em reações exotérmicas,o sentido do fluxo de calor ocorre de 
dentro para fora, ou seja, dos produtos da reação para o fluido refrigerante na 
camisa do reator (Figura 4.1). 
 
Na Figura 4.1 a transferência de calor por convecção entre o produto em reação e 
a parede do reator é representada pelos pontos a e b, que limitam o filme através do 
qual acontece a convecção. Para fins de análise, esta convecção será denominada 
convecção interna. Entre os pontos b e c a transferência de calor se faz por 
condução através da parede do reator. Finalmente, entre os pontos c e d, acontece 
a transferência de calor por convecção, entre a parede do reator e o fluido de 
resfriamento. Emdeterminadas ocasiões, o fluído na camisa do reator é utilizado 
para aquecer os reagentes e possibilitar o início da reação, e posteriormente para 
resfriar e controlar a reação, trocando o fluído. É comum a utilização de vapor no 
primeiro caso e água no segundo. Para fins desta análise, está convecção será 
denominada convecção externa. 
Durante a utilização do reator podem-se formar incrustações na parede interna (lado 
reação) e/ou externa (lado camisa) do reator. Essas incrustações acrescentam 
resistência à transferência de calor, resistência que é avaliada por meio do fator de 
incrustação (fouling factor). No projeto original deve ser estimado o valor deste fator 
para um determinado tempo de uso, e durante a utilização do equipamento realizar 
controles e/ou limpezas periódicas das incrustações. Também deve ser avaliado se, 
ao mudar a formulação no reator, o crescimento das incrustações pode ser mais 
rápido do que quando utilizada a formulação original. No lado da camisa também é 
importante o controle das incrustações, por exemplo, da qualidade da água. 
A literatura sobre transferência de calor envolve uma parte teórica e uma prática, na 
qual as equações teóricas são verificadas e adaptadas para casos específicos, 
como é o caso bastante estudado de trocadores de calor convencionais, nas quais 
são efetuadas correções para diferentes arranjos de tubos. Da mesma forma, as 
equações para determinar os coeficientes de convecção são principalmente 
empíricas (INCROPERA; DEWITT, 2002; HOLMAN, 1983). 
Para o caso específico de reatores encamisados com agitação são utilizados nesta 
dissertação estudos realizados por Bolliger (1982) e Bondy e Lippa (1983). Estes 
autores formulam o processo de transferência de calor de forma objetiva e prática, 
suficiente para o fim proposto, que é mostrar o efeito das variações de operação em 
relação a um projeto original. 
Bondy e Lippa (1983) indicam o coeficiente global de transferência de calor U 
calculado por meio da equação (4.1): 
 
Os subíndices ie ereferem-se à parede interna e externa do reator, fé o fator de 
incrustação e ho coeficiente de convecção. A espessura e condutividade térmica da 
parede do reator estão indicadas por x e k, respectivamente. O calor transferido é 
calculado por meio da expressão. 
 
É conveniente observar que nesta formulação não se está considerando o calor 
transmitido da camisa para o ambiente, sendo que, neste trabalho, assume-se que a 
parede externa da camisa é isolada 
5.1. DIFERENÇA DE TEMPERATURAS 
Em relação à diferença de temperaturas ∆T devem ser esclarecidos alguns 
aspectos: 
1.- A diferença de temperaturas refere-se a diferença entre os pontos a e d da 
Figura 4.1 
2.- A temperatura do ponto a pode ser considerada uniforme em toda a superfície 
de troca de calor, assim como na região central do reator, havendo variação de 
temperatura apenas no filme de produtos próximos à parede interna (região a-b) 
3.- A mesma consideração não pode ser feita para o fluido refrigerante, uma vez 
que este experimenta uma aumento de temperatura entre a entrada e saída do 
reator (O mesmo não acontece no caso de aquecimento por condensação de vapor 
de água, por exemplo). 
. 
Bondy e Lippa (1983) indicam que para este caso deve ser utilizada a diferença 
média logarítmica de temperaturas (DMLT), definida pela equação (4.3). 
 
 
 
A equação (4.3) é aplicável quando a temperatura dos produtos em reação é 
constante, o que é aceitável quando a reação está sob controle, mantida numa 
temperatura Ta. No início da reação a temperatura aumenta até o valor desejado 
Ta. 
Não é objetivo deste trabalho analisar a fas ede aquecimento, embora desvios na 
taxa de aquecimento também possam levar a perdas do produto ou deficiências na 
qualidade do produto final. 
Caso a temperatura aumente acima de um valor de Taaceitável, a quantidade de 
calor retirado através do fluido da camisa deve aumentar num valor determinado por 
essa nova temperatura, até voltar ao valor Tade projeto. Aceita-se, então, para fins 
deste trabalho, que embora as temperaturas dos produtos em reaçãopossam variar 
com o tempo, desconsiderando-se a fase de aquecimento, a temperatura do reator 
pode ser considerada constante para osfins práticos. Caso haja um aumento, os 
cálculos são feitos para esta nova temperatura e verifica-se se o meio refrigerante e 
a agitação são suficientes para retirar o calor excedente.A velocidade de resposta 
do sistema de controle definirá a temperatura que os reagentes conseguirão atingir. 
Ou seja, caso a reação venha a “disparar”, a temperatura começaráa aumentar de 
acordo com a velocidade de reação, e quanto mais o sistema de controle demorar 
em reagir, maior será a temperatura da reação. Portanto, aumentará o calor que 
necessita ser removido para diminuir a temperatura a valores aceitáveis. 
A conclusão é que a equação (4.3) poderia ser utilizada neste trabalho, com a 
possibilidade de que, no caso depequenas diferenças de temperatura entre a 
entrada e saída do refrigerante, se utilizasse uma diferença de temperaturas simples 
no lugar da logarítmica. Para avaliar a influência do uso de uma ou outra forma de 
cálculo, o calor transferido, no estudo de caso, foi determinado utilizando-se a média 
de temperatura simples e a DMLT (expressão (4.3)) e apresentou uma variação de 
1 a 5 %. 
 
5.2. Coeficientes de Convecção 
 
O cálculo dos coeficientes de convecção, h, é complexo devido, especialmente, à 
necessidade de estimar velocidades que dependem da forma do agitador, da 
velocidade do misturador, e da superfície interna do reator, que pode possuir, entre 
outros dispositivos, chicanas ou serpentinas internas; assim também, a camisa do 
reator pode apresentar chicanas em espiral, por exemplo. 
 
5.2.1. Coeficiente de convecção interna 
 
Bondy e Lippa (1983) sugerem para um reator com chicanas internas e agitador 
com palhetas planas, que o coeficiente de convecção interna, hi, seja calculado 
com: 
sendo kpa condutividade térmica do filme de convecção, Z a altura do produto 
dentro do reator de diâmetro DT. O diâmetro do agitador D também é utilizado no 
cálculo do número de Reynolds Re. Existe um fator de correção devido ao fato da 
viscosidade absoluta (ou dinâmica) na parede µpser diferente da viscosidade 
absoluta µ dos produtos em reação no centro do reator. O número de Reynolds Re 
é calculado com a equação (4.5). 
 
 
Nesta equação, N é a velocidade do agitador em revoluções por hora e ρ, a massa 
específica do produto em reação. Para o caso específico de palhetas inclinadas em 
45 graus e chicanas internas a equação proposta é dada pela equação (4.6). 
 
Neste trabalho será aplicada a equação (4.6), uma vez que nesta equação o 
agitador promove uma mistura eficiente,não sendo considerados os fatores 
geométricos da equação (4.4). A equação (4.4) é aqui indicada apenas como 
ilustração. 
O número de Reynolds Reé calculado coma equação (4.5) e o número de Prandtl Pr 
é calculado com a equação (4.7): 
 
na qual Cpé o calor específico dos produtos em reação. 
As propriedades utilizadas nas equações são as do produto na temperatura do meio 
reacional e não na temperatura do filme. Esta, por sua vez, é determinada pela 
média entre a temperatura do meio reacional e a temperatura da parede do reator. 
As correções necessárias estão incluídas no fator de correção de viscosidade. No 
caso de aquecimento, este fator é menor do que a unidade e no caso de 
resfriamento, maior do que a unidade porque a viscosidade de um líquido diminui 
com a temperatura. 
As equações indicadas nesta seção encontram-se emunidades inglesas na 
referência mencionada (a viscosidade é emlb/pé.hora, o que explica porque Né em 
revoluções por hora), porém, ao se utilizar unidades compatíveis, no sistema SI 
podem 
ser utilizadas as mesmas equações. Por exemplo, N, no sistema métrico, deve ser 
expresso emrevoluções por segundo, e não por minuto, comoé de costume. O 
coeficiente hié expresso em J/s.m2oC; C; Cp emJ/kgoC e µ em N.s/ m2 ou 
emkg/m.s. 
Deve ser considerado que a obtenção das propriedades do produto em reação 
pode ser dificultada por vários motivos, principalmente pela diversidade de reações 
possíveis e pela variação das propriedades durante uma determinada reação. Não 
acontece o mesmo no lado da camisa porque geralmente o fluido refrigerante é 
água. 
Para o reator tratado nesta dissertação, com agitador tipo palhetas inclinadas 
(propeller) e camisa provida de chicanas em espiral, o cálculo da convecção interna 
foi feito a partir da equação (4.4). Foram encontradas algumas dificuldades na sua 
aplicação, que são discutidas no capítulo 5. 
 
5.3. Coeficiente de convecção externa 
 
Bolliger (1982) fornece uma expressão específica para determinar o coeficiente 
de conveção externa, he, quando se utiliza água como meio refrigerante: 
 
equação na qual T é a temperatura da água, em oF (deve ser utilizado um valor 
médio), V a velocidade da água no espiral da camisa, em pé/s, e Dho diâmetro 
hidráulico, em pés. Para chicanas em espiral, o diâmetro hidráulico é calculado 
utilizando-se a equação (4.9): 
 
com a e b em pés, segundo Figura 4.2. 
 
 
Examinando a equação (4.8) surge a necessidade da sua adequação às unidades 
segundo SI por não serem utilizados parâmetros adimensionais nesta equação, 
diferentemente do caso da equação (4.6). Propõe-se realizar os cálculos em 
unidades inglesas e posteriormente utilizar um fator deconversão de unidades. Para 
converter o resultado obtido utilizando a equação (4.8) para W/m2K o fator de 
conversão é 5,68. 
Utilizando o fator de conversão para os valores típicos mostrados por Bolliger 
(1982), encontra-se o valor do coeficiente de convecção externa na faixa de 2.270 a 
5.680 W/m2.K para temperatura média da água da camisa de 30o C. Bolliger (1982) 
indica também que os vazamentos através das folgas entre chicanase carcaça do 
reator são elevados e que o resultado obtido por um cálculo teórico da velocidade V, 
utilizada na equação (4.6), deveser diminuído, e assumidos valores de velocidade 
da ordem de 0,3048 a 1,2192 m/s. Indica, comoexemplo, que uma folga de 0,8 mmé 
equivalente a uma área de fluxo de 5.300 mm2 comparada com7.100 mm2 da 
seção do caminho espiral desejado. No caso prático, para cálculos de transferência 
de calor mais precisos, o vazamento deveria ser avaliado antes do início de 
operação do reator. 
 
5.4. Fator de incrustação e condução 
Antes de estabelecer valores para o fator de incrustação interno (lado reagentes) 
deve-se mencionar que durante a reação de uma batelada, carga ou lote de 
reagentes, as propriedades utilizadas nas equações (4.6) e (4.7) podem variar 
através do tempo. 
Por exemplo, a viscosidade pode diminuir como aumento da temperatura, mas 
também pode aumentar dependendo do grau de transformação dos reagentes em 
produto final. 
É difícil estimar valores para o fator de incrustação. Usualmente são definidas em 
função da experiência e conhecimento dos profissionais da área, devendo-se 
observar o comportamento do processo durante um determinado período de 
operação para confirmação do fator estimado. 
Perry e Chilton (1973) indicam o valor de 1.135 W/m2K para 1/fi para água de 
refrigeração de torre, 1/fe é 5.680 W/m2K, para temperaturas inferiores a 50ºC e 
2.840 W/m2.K para temperaturas e superior a 50ºC. 
Deve-se observar que os valores indicados no parágrafo anterior são orientativos e 
que no início da operação são nulos, aumentando gradualmente durante a vida útil 
do equipamento. Também pode acontecer que, após algumas bateladas, seja 
formada uma certa incrustação, devendo-se proceder à limpeza do reator antes de 
uma nova batelada. 
Em relação à resistência por condução, devidaà parede do reator, deve-se 
considerar o material do mesmo e se o reator é revestido. No caso de aço carbono, 
Incropera e DeWitt (2002) indicam uma condutividade kac=~60 W/m.K para 
temperaturas da ordemde 80oC e para aço inoxidável, umvalor de kinox=~38 
W/m.K. 
Para fins de ilustração, segue um exemplo no qual é utilizada a equação (4.1) 
comumvalor de hi=16 W/m2.K, he=3.000 W/m2.K, espessura do reator igual a 8 
mme condutividades comoas indicadas acima. Os fatores de incrustação serão 1/fi 
= 1.135W/m2.K e 1/fe= 3.000 W/m2.K. 
A Tabela 4.1 mostra que a influênciada incrustação e do material não é importante 
neste caso devido ao baixo valor de hi, que é o coeficiente limitante. 
 
 
 
 
 
 
 
Referências 
 
https://www.deltatsys.com/applications/jacketed-vessels