Dimensionamento de um trocador de calor tipo casco e tubos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA
FACULDADE
FACULDADE DE ENGENHARIA MECÂNICA
GRADUAÇÃO
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
DISCIPLINA:
DISCIPLINA: Transferência de Calor II
PROFESSOR:
PROFESSOR: Ricardo Fortes de Miranda

Dimensionamento
Dimensionamento de um trocador de calor tipo casco e
tubos

Aluno:
Guilherme Augusto de Oliveira

Uberlândia, 28 de Junho de 2010

ResumoDevido a várias aplicações importantes, a pesquisa e o desenvolvimento de
trocadores de calor têm uma longa história. Entretanto, tal atividade não está de
todo completa, e assim pesquisadores continuam a buscar modos de melhorar
projeto e desempenho de trocadores de calor, principalmente devido à preocupação
que existe em torno da conservação de energia, dada as questões ambientais.
Nestetrabalho, será feita uma breve introdução sobre os trocadores de calor, suas
formas construtivas e características principais. Será dimensionado um trocador de
calor do tipo casco e tubos, para o aquecimento de água. Usando diferentes
velocidades de escoamento de água, será mostrado o correspondente número de
passes e tubos do trocador, bem como outras informações relevantes. Análises dosresultados, discussões e questionamentos acerca do assunto serão apresentadas no
decorrer deste trabalho.

2

Índice

1. Introdução

04

2. Desenvolvimento Teórico

04

2.1. Principais Variáveis de Processo dos Trocadores de Calor

04

2.1.1.

Natureza e Característica dos fluidos

04

2.1.2.

Temperaturas de Operação

05

2.1.3.

Pressões de Operação

05

2.1.4.Velocidade de Escoamento

06

2.1.5.

Perda de Carga Admissível

06

2.1.6.

Fator de Sujeira

07

2.1.7.

Localização dos Fluidos

08

2.2.

Tipos de Trocadores de Calor

11

2.3.

Coeficiente Global de Transferência de Calor

15

2.4.

Uso da Média Logarítmica das Diferenças de Temperatura

16

2.5.

Trocadores de Calor com Escoamento Cruzado e comMúltiplos

18

Passes
2.6.

Análise do trocador de calor pelo método da efetividade NUT

20

2.6.1.

Definições

21

2.6.2.

Metodologia para o dimensionamento de Trocadores de Calor

24

3. Apresentação do Problema

25

4. Resolução do Problema

26

5. Análise dos Resultados Obtidos

29

6. Conclusões

31

7. Anexos

32

Bibliografia

32

3

1.Introdução

Um trocador de calor é um equipamento onde ocorre uma troca térmica
entre dois fluidos, normalmente separados por uma parede. As variáveis envolvidas
no projeto são muitas e quase sempre interdependentes. O engenheiro que vai
projetar um trocador de calor novo ou avaliar o desempenho de um trocador já em
operação precisa conhecer bem essas variáveis. Muito desse conhecimento depende
dobom senso e da experiência profissional. Portanto, o engenheiro deve sempre
guardar uma visão "global" na análise de casos e propor soluções que contemplem
todos os aspectos envolvidos. Os trocadores de calor são normalmente classificados
de acordo com o arranjo do escoamento e o tipo de construção.

2. Desenvolvimento Teórico
A

seguir,

serão

descritas

as

principais

variáveisde

processo

num

equipamento de troca térmica, bem como os tipos mais comuns de trocadores de
calor e a teoria envolvida para o dimensionamento destes.
2.1.

Principais variáveis de processo dos trocadores de calor

Antes de tratar do projeto propriamente dito dos trocadores de calor e as
suas formas construtivas, é interessante citar as principais variáveis que devem seranalisadas no estudo de trocadores de calor. Na seqüência, algumas dessas
variáveis, e suas respectivas influências, serão citadas.
2.1.1. Natureza e Características dos Fluidos
A natureza dos fluidos que circulam num trocador de calor constitui um fator
fundamental no seu estudo. É óbvio que há diferença notória num processo se o
fluido em questão é ácido sulfúrico (produto extremamente...
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