Trocador de Calor

1. Introdução: Entre os diversos tipos de trocador de calor freqüentemente utilizados o mais simples é o de casca e tubo (Shell and tube).  Nele um dos fluidos escoa no tubo interno, e o outro entre o tubo interno e a casca.  No caso dos fluidos entrarem em contato somente uma vez, ao longo do trocador o arranjo é denominado de passe simples, em caso contrário é denominado de passo múltiplo Se os fluidos deslocam-se em sentido oposto, é chamado de correntes opostas ou contra correntes. Se os fluidos deslocam-se nos mesmos sentidos, é chamado de correntes paralelas. O condensador do laboratório consiste de dois trocadores de calor, o conjunto possui dois tubos concêntricos, onde no tubo interno passa vapor, e o externo passa água para realizar o resfriamento necessário a condensação do vapor. Nesta aplicação o trocador de calor pode ser denominado de condensador.

2. Objetivo do Experimento: Determinar o coeficiente global de Transmissão de Calor(“U”)

3.Base teóricas: Trocador de calor é o dispositivo que permite a troca de energia térmica entre fluxos de fluido fluidoss com diferen diferentes tes temper temperatu aturas. ras. Em virtud virtudee das muitas muitas aplica aplicaçõe çõess import important antes, es, a  pesquisa e o desenvolvimento dos trocadores de calor têm uma longa história, mas ainda hoje se busca aperfeiçoar o projeto e o desempenho de trocadores, baseada na crescente  preocupação pela conservação de energia. Os prob proble lema mass de um troc trocad ador or de calo calorr para para uma uma fina finali lida dade de espe especí cífi fica ca pode podem m ser  ser  classificados em dois grupos: problema de projeto e problema de desempenho . A solução de um problema é facilitada pela adoção do método mais adequado a ele. O problema de projeto é o da escolha do tipo apropriado de trocador de calor e o da dete determ rmin inaç ação ão das das suas suas dime dimens nsõe ões, s, isto isto é, da área área supe superfi rfici cial al de trans transfe ferên rênci ciaa de calo calor  r  necessária para se atingir a temperatura de saída desejada. A adoção do método da diferença de temperatura média logarítmica (DTML) é facilitada pelo conhecimento das temperaturas de entrada e saída dos fluidos quentes e frios, pois então a DTML pode ser calculada sem dificuldade. Outro problema é aquele no qual se conhecem o tipo e as dimensões do trocador e se quer  determinar a taxa de transferência de calor e as temperaturas de saída quando forem dadas as vazões dos fluidos e as temperaturas na entrada. Embora o método da DTML possa ser usado neste cálculo de desempenho do trocador de calor, o procedimento seria tedioso e exigiria iteração. Isto pode ser evitado com a aplicação do método NUT.

4.Experimento:

Lista de Materiais e Equipamentos Utilizados Qtde. Descrição 01 Trocador de calor (Shell and Tube) 02 Tubos de 500 mm

DADOS DO EQUIPAMENTO Quantidade de tubos = n Comprimento do tubo Diâmetro interno do tubo de vapor  Diâmetro externo do tubo de vapor  Massa específica da água =  ρ  H2O Calor específico da água = Cp

2 500 mm 9,52 mm 12,7 mm 1000 kg/m3 4187 J/kg ºK 

5.Resultados Obtidos: TABELA DE GRANDEZAS MEDIDAS

Temperatura de vapor na Entrada T1

Cocorrente

Oposta

118

120

62

54

25

25

47

63

1500

1500

ºC Temperatura de vapor na Saída T2

ºC Temperatura da água de Resfriamento Entrada T3

ºC Temperatura da água de Resfriamento Saída T4

ºC Vazão da água de Resfriamento

cm3/min

1 – Variação de Temperatura média Logarítmica: p/ correntes paralelas co-corrente (T 1 − T 3 ) − (T 2 − T 4 ) (T  − T 3 ) ln 1 (T 2 − T 4 )

∆Tm. ln =

∆Tm. ln =

(118

− 25) − ( 62 − 47 )

(118 − 25) ln (54 − 25)

=

42,86 º C 

p/ correntes opostas ∆Tm. ln =

∆Tm . ln =

(T 1 − T 4 ) − (T 2 − T 3 ) (T  − T 4 ) ln 1 (T 2 − T 3 ) (120

− 63) − ( 54 − 25)

(120 − 63) ln (54 − 25)

= 41,18º C 

2 – Diâmetro médio Logarítmico do Tubo de Vapor:  Dm. ln =

 Dm . ln =

( Dext  −  Dint ) ( D ) ln ext  ( D Int  ) ( 0,0127 − 0,00952 ) (0,0127 ) ln ( 0,00952 )

= 0,011 m

3 – Área média de trocador de calor:  Am

= Dm . L.n.Π

 Am

= 0,011

.0,5.2.Π = 0,0346 m

2

4– Taxa de calor trocado: Q

=mw .Cp .∆T 

mw

=Q. ρ 

∆T  =T 4 −T 3

p/ correntes paralelas co-corrente Q

= 0,0125

mw

.4187 .22 = 2,3029 kW 

= Q. ρ  = 2,5.10

−5

.1000 = 0,025

kg   s

∆T  = T 4 − T 3 = 47 − 25 = 22 º C 

p/ correntes opostas Q

= 0,0125

.4187 .38 = 3,978 kW 

= Q. ρ  = 2,5.10

mw

−5

.1000 = 0,025

kg   s

∆T  = T 4 − T 3 = 63 − 25 = 38 º C 

5 – Coeficiente Global de troca de calor U  =

Q  Am .∆Tm ln

p/ correntes paralelas co-corrente U 

2,3029 =

0,0346 .42 ,86

=

1560

W  m 2 K 

p/ correntes opostas U 

3,978 =

0,0346 .41,18

=

2790

W  m 2 K 

6. Conclusões e Comentários:  Nos resultados obtidos foi constatado que o coeficiente global de transferência de calor em contra-corrente foi maior, de acordo com o experimento proposto, com relação às

temperaturas de saída dos fluidos (T2 – saída do vapor condensado) e (T4 – saída de água de resfriamento) com as temperaturas de entrada dos dois sistemas independentes, demonstrando que o sistema contra-corrente é mais eficiente.

7. Referências Bibliográficas: http://professores/adm/download/apostilas/121826.pdf