Roteiro para relatório de trocador de calor

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Profa. Cristiane Leal 
TROCADORES DE CALOR 
 
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. Esses equipamentos foram projetados 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. 
Esses equipamentos foram projetados 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. 
2- Objetivo 
O experimento tem como objetivo geral realizar a análise dos trocadores de Calor da 
bancada didática de estudos de trocadores de calor do Senai CIMATEC, com o fluxo de água nas 
modalidades vazão paralela e contracorrente e por tubos concêntricos, casco e tubo e placas, 
em diferentes temperaturas com vazão na água quente e na água fria, a fim de testar a 
eficiência do equipamento. 
3- Fundamentação teórica 
O projeto de um trocador de calor refere-se a um dimensionamento termo hidráulico do 
equipamento. Isso significa que o trocador deverá ser capaz, durante determinado período, de 
realizar serviço térmico, com determinada perda de c arga para cada corrente. O trocador 
deverá ser capaz de satisfazer os requisitos de transferência de calor e perda de c arga. Durante 
o processo de transferência de calor, o aumento da velocidade de escoamento dos fluídos tende 
a aumentar os coeficientes da convecção e também o coeficiente global e isso acarretará um 
a menor área de troca necessária. Por outro lado, o aumento da velocidade vai aumentar a 
perda de carga e o gasto com o bombeamento do fluído. Portanto o aumento d a velocidade 
tende a reduzir o equipamento e seu custo e a aumentar o custo de bombeamento. 
3.1- Tubos concêntricos 
O trocador duplo tubo é composto por dois tubos concêntricos, geralmente com trechos 
retos e com conexões apropriadas nas extremidades de cada tubo para dirigir os fluidos de 
uma seção reta para outra. A troca de calor ocorre através da parede do tubo interno. Sua 
manutenção é simples assim como sua manutenção e limpeza. 
Os trocadores de tubos concêntricos (bi tubular ou duplo tubo) fabricado com tubos de 
cobre de 15 e 28 mm de diâmetro (interno e externo, respectivamente) e comprimento de 0,5 
a 1 m, possui um conjunto de termopares posicionados em pontos de entrada e saída dos 
 
Profa. Cristiane Leal 
fluídos para medição das temperaturas e envio das informações para a unidade de aquisição 
e controle, como apresentado na Figura 1. 
 
Figura 1 - Módulo Tubos Concêntricos com mancais usinados 
3.2- Casco e Tubo 
O trocador do tipo casco e tubo, demonstrado na Figura 2, é constituído por um feixe 
tubular de 14 tubos de em cobre, tampas em ferro fundido, chicanas, espelhos em aço carbono 
e corpo em tubo DIN2440. 
Os tubos são mandrilados nos espelhos e possui 02 (dois) passes. O desenho do 
equipamento proporciona uma área de troca térmica de 0,1 m², 3 chicanas, vazão de fluído 
(para troca térmica) de 300 a 600L/h e vazão de água (para 2 passes) de 1010 a 2520 L/h. 
 
Figura 2 - Trocador de Calor Casco e Tubos modelo TST 30-2. 
3.3- Placas 
Um trocador de calor por placas é um tipo de trocador de calor que utiliza placas de 
metal para transferência de calor entre dois fluidos. Isso tem um a grande vantagem sobre 
um trocador de calor convencional porque os fluidos são expostos a uma maior superfície, 
espalhados sobre as placas. Isso facilita a transferência de calor e aumenta a velocidade da 
mudança de temperatura. Trocadores de calor de placas são com uns e muitas versões 
pequenas soldadas ou brasadas são usadas em combinação com seções de água quente de 
 
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muitas caldeiras. A eficiência elevada de transferência de calor para um tão pequeno tamanho 
físico aumentou a água quente sanitária de caudais em combinação com caldeiras. 
O trocador de tubos do tipo placas constituído por um conjunto de placas fabricadas 
com aço inox AISI 304 soldadas hermeticamente, intercaladas por chapas de cobre e brasadas 
em forno a vácuo e montadas com 180° de desvio entre elas. A pressão máxima de operação 
será de 30 bar, temperatura máxima de 195°C, potência máxima de 2000 kW e volume de 
0,025 L/canal. 
 
Figura 3 – Modelo de trocador em placas 
4- Procedimento: 
Com seu design compacto, Figura 4, permite o estudo da troca de calor entre fluidos 
empregando diversos tipos de trocadores de calor aplicados na indústria. É um equipamento 
versátil que possibilita uma ampla diversidade de experimentos e combinações. As principais 
variáveis estudadas permitem comparar os valores calculados teoricamente com os 
encontrados experimentalmente, identificando e compreendendo as discrepâncias do sistema 
ideal versus o sistema real. 
 
Figura 4 - Bancada de Trocadores de Calor em 3D. 
 
1- Conecte e configure o seu trocador de calor, considerando as seguintes 
nomenclaturas: 
Tubos concêntricos: 
 
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TTCCFD –contra fluxo, direto 
TTCCFT – contra fluxo, trocado 
TTCMFD – mesmo fluxo, direto 
TTCMFT – mesmo fluxo, trocado 
Casco e Tubo 
TCCCFD – contra fluxo, direto 
TCCCFT – contra fluxo, trocado 
TCCMFD – mesmo fluxo, direto 
TCCMFT – mesmo fluxo, trocado 
Placas 
TCPCFD – contra fluxo, direto 
TCPCFT – contra fluxo, trocado 
TCPMFD – mesmo fluxo, direto 
TCPMFT – mesmo fluxo, trocado 
2- Conecte um tipo de fluxo e fixe uma vazão para quente e outra para fria. 
3- Crie uma tabela em branco para os resultados. 
4- Use um termômetro preciso para verificar a temperatura do ar ambiente local para 
usar como referência. 
5- Para o primeiro teste, use as válvulas de controle de temperatura operadas 
manualmente para ajustar as temperaturas de água quente e água fria. Aguarde pelo menos 5 
minutos para que as temperaturas no trocador de calor estabilizem. 
6- Anote as temperaturas do circuito de água quente e do circuito de água fria. 
7- Repita o procedimento para outro fluxo e temperaturas mostradas na tabela para os 
testes 2,3 e 4. 
5- Resultados 
Analisar os coeficientes de transferência de calor (U), que foram obtidos por trocadores 
de tubos concêntricos, casco e tubo e por trocador de placa, em paralelo e contracorrente, e 
demonstrar nos resultados qual trocador tem o maior coeficiente. Analisar as diferenças entre 
qc e qh, confirmando a verificação da Lei de Conservação da Energia, a qual diz que um 
trocador de calor ideal, os valores de qc e qh devem ser iguais. Comparando, graficamente, 
a efetividade das temperaturas das operações, confirmar qual fluxo será mais efetivo. 
 
6- Referência bibliográfica 
 
INCROPERA, F. P., WITT, D. P.; Fundamentos da Transferência de Calor e de Massa; 
LTC, Rio de Janeiro, RJ, 2008, 671p.