MAPA - FENÔMENOS DE TRANSPORTE - 52_2024
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Os trocadores de calor são dispositivos
amplamente empregados em ambientes domésticos, como em geladeiras, unidades de
ar-condicionado e sistemas de aquecimento de água. Na esfera industrial, são
essenciais em sistemas de aquecimento, como caldeiras, assim como em sistemas
de refrigeração de espaços de todos os tamanhos. Em termoelétricas, desempenham
um papel crucial na geração de energia, enquanto em processos industriais, como
na indústria química, são utilizados em sistemas de recuperação de calor para reduzir
o consumo energético. Esses são apenas alguns exemplos das inúmeras aplicações
dos trocadores de calor.
Por definição:
“A transferência de calor em trocadores acontece por meio de dois
mecanismos: pela convecção em cada fluido e pela condução na parede que os
separa. A área de troca térmica é um aspecto chave neste fenômeno, de modo que
conhecer a configuração estrutural dos trocadores de calor é fundamental para
uma análise do seu funcionamento e desempenho.”
Fonte: Yoshi, H.; Orgeda, R. Fenômenos de Transporte. Maringá-PR:
Unicesumar, 2020, p.300.
Baseado nos conceitos e fundamentos de um equipamento de troca térmica, você
foi o engenheiro que ficou encarregado por realizar um estudo de diferentes
tipos de trocadores de calor, bem como dos parâmetros operacionais que
interferem na transferência de calor em cada um deles. Para te auxiliar nessa
tarefa, você deverá utilizar o simulador de trocadores de calor do laboratório
virtual da ALGETEC disponível na área do aluno do Studeo para
colocar a mão na massa e tirar as suas conclusões, as quais devem estar
fundamentadas no conteúdo visto ao longo da disciplina. Abaixo estão
representadas algumas telas que vocês irão encontrar no laboratório virtual.
PARTE 1
Sabendo que você tem disponível para escolha 3 trocadores de calor (de placas,
de tubos concêntricos e o de casco-tubo), você deverá realizar o estudo de cada
um deles para que você possa entender um pouco mais sobre eles e utilizar uma
análise crítica ao longo do seu processo de escolha. Para te auxiliar nessa
tarefa, em um primeiro momento:
Diferencie esses trocadores de calor, destacando as principais vantagens de
cada um, bem como as principais aplicações industriais de cada um deles. Para
te auxiliar, você pode recorrer ao material didático e ao roteiro técnico da
prática de trocadores de calor do laboratório virtual da ALGETEC.
Se, em um determinado processo, um trocador de calor de tubos concêntricos em
que o tubo interno tenha um diâmetro de ½ in, e a água esteja escoando nele a
uma vazão de 15 L/min, qual seria o número de Reynolds do escoamento?
Fundamente a sua resposta.
Em um determinado processo, qual seria o impacto de um aumento ou diminuição da
vazão no regime de escoamento (número de Reynolds) de um determinado trocador
de calor? Para aumentar a eficiência de troca térmica, seria melhor um maior ou
menor número de Reynolds? Fundamente a sua resposta tendo como base o
coeficiente global de troca térmica e as equações do calor sensível, calor de
condução, calor de convecção e do número de Reynolds.
A operação de um trocador de calor pode ser caracterizada quanto a direção do
fluxo de escoamento dos fluidos de troca térmica. Nesse contexto, a operação
pode ser dita com fluxo paralelo ou contracorrente. Qual a diferença entre esses
dois tipos de fluxo quanto à quantidade de calor trocado e à média logarítmica
das temperaturas do trocador de calor? Qual dos dois tipos de fluxo é
recomendado para aumentar a eficiência do processo de transferência de calor?
Fundamente a sua resposta.
PARTE 2
Agora que você já sabe um pouquinho de cada trocador de calor, vamos supor que
você optou por escolher um trocador de calor de tubos concêntricos, também
conhecido como trocador de calor de tubo duplo. Para o trocador de calor de
tubo duplo:
Utilize o simulador e avalie a influência da vazão e do tipo de trocador na
transferência de calor e na eficiência do trocador de calor. Ao final dos
experimentos, monte uma tabela com os dados coletados e faça os cálculos
necessários para preencher a Tabela 01.
Tabela 01: Dados coletados durante a execução dos experimentos
PARTE 3
Agora que você já sabe um pouquinho de cada trocador de calor, bem como a
influência do tipo e da vazão na eficiência de troca térmica, com base nos
dados coletados e sumarizados na Tabela 01, analise os dados e faça uma análise
crítica dos experimentos realizados. A partir da análise realizada, responda os
seguintes questionamentos:
A partir dos experimentos realizados e dos dados coletados na Tabela 01, qual a
influência da vazão na eficiência do trocador de calor? Fundamente a sua
resposta.
Baseado nas informações levantadas nas partes 1, 2 e 3, quais seriam os
critérios que devem ser levados em consideração ao escolher um tipo de trocador
de calor? Utilize a equação de projeto do trocador de calor e a equação do
coeficiente global de troca térmica para fundamentar a sua resposta.
ANEXO - Direcionamento para realizar a PARTE 2
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