T4_OpIII_Gabriel da Costa Peçanha_ Trocadores de Calor tipo CT1-2 - Influencia do Parametro B

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AVALIAÇÃO 4 – 
TROCADORES DE CALOR 
TIPO CT 1,2 – INFLUÊNCIA DO 
PARÂMETRO B 
(ESPAÇAMENTO DE 
CHICANAS) NO PROJETO 
 
 
 
 
 
 
 
Niterói, 2021 
 
Relatório: AVALIAÇÃO 4 – TROCADORES DE CALOR TIPO CT 1,2 – 
INFLUÊNCIA DO PARÂMETRO B (ESPAÇAMENTO DE CHICANAS) NO 
PROJETO 
Aluno: Gabriel da Costa Peçanha 
Data: 30.agosto.2021 
 
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SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................ 3 
1.1 Objetivo ............................................................................................................................. 3 
1.2 Trocador de Calor CT1-2 – Análise Térmica e Mecânica ............................................. 3 
2. TROCADOR DE CALOR CT1-2 – ESPAÇAMENTO DE CHICANAS .................. 5 
3. CONCLUSÃO .................................................................................................................. 8 
4. REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICA ............................................................................... 8 
 
 
 
 
Relatório: AVALIAÇÃO 4 – TROCADORES DE CALOR TIPO CT 1,2 – 
INFLUÊNCIA DO PARÂMETRO B (ESPAÇAMENTO DE CHICANAS) NO 
PROJETO 
Aluno: Gabriel da Costa Peçanha 
Data: 30.agosto.2021 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
1.1 Objetivo 
o objetivo do presente relatório é detalhar a influência do parâmetro B (espaçamento de chicanas) 
referentes aos trocadores de calor tipo CT1-2. 
1.2 Trocador de Calor CT1-2 – Análise Térmica e Mecânica 
As propriedades mecânicas específicas de um trocador tipo casco e tubos têm grande impacto em 
seu desempenho, uma vez que afetam diretamente o escoamento dos fluidos e consequentemente 
a transferência de calor. Alguns parâmetros físicos do trocador influenciam diretamente a troca 
térmica e são descritos abaixo: 
Diâmetro do casco 
Aumentar o diâmetro do casco resulta na possibilidade de alocar mais tubos no equipamento. Um 
maior número de tubos tem as seguintes consequências: 
 Maior área de troca térmica 
 Menor perda de carga nos tubos 
 Menor coeficiente de transferência de calor por convecção no lado dos tubos 
 
Número de passes nos tubos 
As principais consequências do aumento do número de passes dos tubos são: 
 Maior perda de carga nos tubos 
 Maior velocidade do fluido nos tubos 
 Maior coeficiente de transferência de calor por convecção no lado dos tubos 
 
Comprimento dos tubos 
Um maior comprimento dos tubos acarreta: 
 Maior área de troca térmica 
 Maior perda de carga no lado do casco e no lado tubos 
 
 
 
 
 
Relatório: AVALIAÇÃO 4 – TROCADORES DE CALOR TIPO CT 1,2 – 
INFLUÊNCIA DO PARÂMETRO B (ESPAÇAMENTO DE CHICANAS) NO 
PROJETO 
Aluno: Gabriel da Costa Peçanha 
Data: 30.agosto.2021 
 
 
Diâmetro dos tubos 
Aumentar o diâmetro dos tubos ocasiona: 
 Menor perda de carga nos tubos 
 Menor coeficiente de transferência de calor por convecção no lado dos tubos 
 
Espaçamento entre chicanas centrais 
A distância entre as chicanas influi diretamente o escoamento do fluido no casco. A função 
essencial da chicana em um trocador de calor é direcionar o fluxo e aumentar a turbulência do 
escoamento. Ao diminuir o espaçamento entre as chicanas centrais as consequências são: 
 Maior perda de carga no lado do casco 
 Maior coeficiente de transferência de calor por convecção no lado do casco 
 
Corte da chicana 
Aumentar a porcentagem de corte da chicana leva a: 
 Menor perda de carga no casco 
 Menor coeficiente de transferência de calor por convecção no casco 
 
Passo transversal 
Para um mesmo diâmetro do casco, quanto maior o passo transversal, menor a quantidade de tubos 
que poderá ser alocado dentro do casco. A consequência é menor perda de carga no casco. 
 
Ângulo característico formado pela disposição dos tubos 
O arranjo triangular linear é o que permite a alocação do maior número de tubos no casco, 
apresentando assim, maior coeficiente de transferência de calor e menor perda de carga e O arranjo 
quadrangular é o que apresenta menor coeficiente de transferência de calor e menor perda de carga. 
 
Material dos tubos 
O valor de é função da condutividade térmica do material dos tubos (Equação 2.10). Quanto maior 
a condutividade térmica do material: 
 Maior o valor de 
 Maior o valor do coeficiente de transferência de calor nos tubos 
 
Relatório: AVALIAÇÃO 4 – TROCADORES DE CALOR TIPO CT 1,2 – 
INFLUÊNCIA DO PARÂMETRO B (ESPAÇAMENTO DE CHICANAS) NO 
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Aluno: Gabriel da Costa Peçanha 
Data: 30.agosto.2021 
 
 
2. TROCADOR DE CALOR CT1-2 – ESPAÇAMENTO DE CHICANAS 
Quando é necessário fazer o cálculo de apenas um tubo e um casco, conforme figura 2-1, a área 
externa é calculada pela diferença entre a do tubo maior e tubo menor. 
Figura 2-1 – Dois tubos anulares concêntrico disposto um sobre o outro 
 
Ou seja, 
𝐴𝑠 = Ae − Ai = π𝑅𝑒 − π𝑅𝑖 
 
Levando em consideração o método Kern, é necessário, para o dimensionamento dos trocadores de 
calor casco e tubo, calcular a área de escoamento do fluido que passa externamente aos tubos. O 
cálculo para o trocador de calor casco e tubo não é direto como mostrado anteriormente, pois a área 
em questão leva em conta diversos tubos, como mostrado na Figura 2-2. 
Figura 2-2 – Visão frontal do trocador de Calor Casco e Tubo 
 
 
 
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INFLUÊNCIA DO PARÂMETRO B (ESPAÇAMENTO DE CHICANAS) NO 
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Aluno: Gabriel da Costa Peçanha 
Data: 30.agosto.2021 
 
 
Para isso, calculamos: 
𝐴𝑠 =
Di x C 𝑥 𝐵
𝑃𝑡 
 
Sendo: 
As – Area de escoamento do fluido que passa externamente aos tubos; 
Di – Diâmetro interno da carcaça; 
Pt – Menos distância entre os centros de dois tubos; 
C’ – Diferença entre o passo do tubo e o diâmetro do tubo – distância entra as extremidades dos 
tubos. 
Figura 2-3 – Definição gráfica de Pt e C’ 
 
 
B – Espaçamento entre as chicanas 
Figura 2-3 – Definição gráfica dos espaçamentos das chicanas 
 
 
 
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Aluno: Gabriel da Costa Peçanha 
Data: 30.agosto.2021 
 
 
A partir do valor de As, podemos achar o fluxo mássico (Gs): 
𝐺𝑠 =
m
𝐴𝑠 
 
Onde: 
Gs – fluxo mássico 
m - Vazão mássica 
 
E a partir do Fluxo mássico podemos achar o tipo de escoamento ao qual o fluido está inserido 
através da fórmula: 
𝑅𝑒 =
De x Gs
𝜇
 
Onde: 
Re – Número de Reynolds 
De - Diâmetro equivalente 
μ – Viscosidade do fluido que passa entre a carcaça e os tubos 
 
Como dito anteriormente, e agora corroborando com as equações, a distância entre as chicanas 
influi diretamente o escoamento do fluido no casco. A função essencial da chicana em um trocador 
de calor é direcionar o fluxo e aumentar a turbulência do escoamento. Ao diminuir o espaçamento 
entre as chicanas centrais as consequências são: maior perda de carga no lado do casco e maior 
coeficiente de transferência de calor por convecção no lado do casco. 
 
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3. CONCLUSÃO 
O processo de remoção ou adição de calor a um sistema líquido ou gasoso é indispensável em 
qualquer processo industrial. Por se tratar de algo tão fundamental, os conhecimentos acerca do 
funcionamento dos trocadores de calor, principalmente ao que se refere ao seu projeto, são 
imprescindíveis para se promover quaisquer atividades operacionais oriundos de processos 
industriais. 
Neste trabalho, foi possível ver a importância do parâmetro B – espaçamento das chicanas - no 
trocador Casco e tubo CT1,2 complementando assim a noção sobre o objeto estudado. 
 
4. REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICA 
Kern, D. Q. Processos de Transmissão de Calor. Editora Guanabara dois S.A., 1980 
GUSTAVO BAUERMANN SOUSA (TCC).Sistema Computacional de Pré-dimensioanmento das 
unidades de tratamento de água: floculador, decantador e filtro. 
CLAUDIO DUARTE - Aula 16 - TROCADOR DE CALO/R MÉTODO KERN - 
https://www.youtube.com/watch?v=0VbTfxzqLro – <acessado em 30/08/2021>