Relatório

1. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO DEL REI
Campus Alto Paraopeba
Trocadores de Calor
Relatório apresentado como parte das
exigências da disciplina de Laboratório
de Engenharia de Bioprocessos II sob
responsabilidade do Professor Dr.
Boutros Sarrouh.
Camila da Silva Volponi – 154200020
Gabriella C. Procópio da Silva 144200034
Gabriel Marcos Oliveira – 154200030
Ouro Branco
Outubro 2019

2. 1. RESUMO
Um trocador de calor é um dispositivo para transferência de calor eficiente
de um meio para outro. Os meios podem ser separados por uma parede sólida
ou podem estar em contato direto. O experimento tem como intuito medir as
temperaturas dos líquidos de entrada e saída, e calcular a vazão do vapor.
Após isso, é possível modelar o processo e, por meio de equações, encontrar o
valor da troca térmica entre os dois fluidos.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Os materiais utilizados na prática foram:
 Balança;
 Balde;
 Cronômetro;
 Termômetros;
 Trocador de calor de Casco e tubos e de Placas Planas
Primeiramente, foi realizada a troca de calor em um trocador de casco e
tubos, mantendo todas as válvulas referentes ao trocador de placas planas
fechadas. Foi fixada a vazão do líquido e a pressão no manômetro, assim
mediram-se as temperaturas necessárias para os cálculos com termômetros
localizados em vários pontos do trocador.
Após a estabilização das temperaturas, foi possível obter dados para o
cálculo da vazão mássica do vapor. Com um celular e um béquer, deixamos a
água escorrer cronometrando o tempo desse processo e pesando o recipiente.
Em seguida, as válvulas referentes ao trocador de calor de casco e tubos
foram fechadas e as válvulas do trocador de placas foram abertas, para que
fosse realizada a troca de calor no trocador de placas da mesma maneira do
anterior.
3. RESULTADOS E DISCUSSÕES
O experimento de trocador de calor de placas e de casco e tubos permite o
cálculo das diferentes variáveis envolvidas no processo, como a vazão de
vapor, calor recebido e fornecido pela água e o coeficiente global de
transferência de calor.

3. Os cálculos efetuados são apresentados na planilha enviada junto com o
relatório. Para o cálculo da vazão do vapor foi utilizada a Equação 1.
Equação (1)
Onde é a massa do balde com água, é a massa do balde e t é o tempo. As
vazões de água e de vapor para os dois trocadores são apresentadas na
Tabela 1.
Tabela 1: Vazões mássicas de água e vapor para os trocadores de calor de placas e de casco
e tubos.
Vazão da Água
Trocador Casco e
tubos
(kg/min)
Vazão do Vapor
Trocador Casco e
tubos (kg/min)
Vazão do Líquido
Trocador Placas
Planas (kg/min)
Vazão do Vapor
Trocador Placas
Planas
(kg/min)
0,1 0,062 0,1 0,14
A diferença observada entre as vazões de água e de vapor, vista na tabela
1, pode ser explicada pelo fato da vazão de água ser medida antes de entrar
no trocador, e a vazão de vapor ser medida após a passagem pelo trocador. A
passagem do vapor pelo trocador acarreta perda de carga do mesmo, levando
a uma menor vazão.
A tabela 2 apresenta o calor recebido pela água e o calor fornecido pelo
vapor para os dois trocadores. Esses calores foram calculados de posse das
vazões mássicas, as entalpias especificas com acréscimo na vaporização,
tabeladas, as temperaturas medidas e o calor especifico da água. O vapor
calor especifico da água foi utilizado tanto para os cálculos da água quanto
para o vapor, pois como o calor especifico não sofre variação com a
temperatura, o mesmo valor pode ser aplicado para os dois casos.
Foram utilizadas as Equações 2, 3, 4 e 5.
Equação (2)
Equação (3)
Equação (4)
Equação (5)

4. Onde é o calor latente do vapor, é calor sensível condensado, é o
calor fornecido pelo vapor, é a entalpia especifica e é o calor recebido pela
água.
Tabela 2: Calor recebido pela água e calor fornecido pelo vapor para os trocadores de placas e
casco e tubos.
Vazão do
Líquido
(kg/min)
Qs
Trocador
Casco e Tubos
(Kcal/h)
Qw
Trocador
Casco e Tubos
(Kcal/h)
Qs
Trocador Placas
Planas
(Kcal/h)
Qw
Trocador
Placas Planas
(Kcal/h)
0,1 42,83 2 90,20 2,4
Pela tabela 2, nota-se que o calor fornecido pelo vapor em ambos os
trocadores de calor, foram maiores que o calor recebido pela água nos
trocadores. Isso pode ser explicado pela ocorrência de troca térmica entre
vapor e tubulação, e a perda de carga existente na passagem de vapor pela
tubulação. Observa se também na tabela 2 que a troca térmica existente no
trocador de casco e tubos foi maior que no trocador de placas. Isso porque
pode ter ocorrido vazamento entre as placas e o fato de que o trocador de
casco e tubo possuir maior área de contato entre as correntes, possibilitando
maior troca térmica.
O coeficiente global de transferência de calor também foi calculado para os
dois trocadores, utilizando a área total de troca de calor, o calor recebido pela
água e a temperatura média logarítmica, na tabela abaixo.
Para os cálculos foram utilizadas as Equações 6, 7, 8 e 9.
Ap= (np-2)Sp Equação (6)
Equação (7)
Equação (8)
Equação (9)
Onde Ap é a área do trocador de placas plana, np é o número de placas, Sp é
a área de uma placa, é a temperatura logaritma, é o coeficiente global
de transferência de calor e A é a área.

5. Para encontrar o valor da área, consultamos digitalmente o mesmo modelo
do trocador de calor utilizado no experimento. O valor encontrado foi 1000 cm2
.
Tabela 3: Coeficiente global de transferência de calor para os trocadores de placas e casco e
tubos.
Vazão do
Líquido
(kg/min)
U
Trocador Casco e Tubos
(Kcal/hm2
°C)
U
Trocador Placas Planas
(Kcal/hm2
°C)
0,1 6,0393.10-5
4,7695.10-5
4. CONCLUSÃO
O coeficiente de transferência de calor global é a medida da habilidade
global de uma série de barreiras condutivas e convectivas para transferir calor,
com base nessa afirmação podemos concluir que o trocador de casco e tubo
se mostrou mais eficiente que o de placas planas, com o coeficiente igual a
6,0393 Kcal/hm2
°C.
5. REFERÊNCIAS
ARAÚJO, E. C. Trocadores de Calor. São Carlos, 2011 .
CREMASCO, M. A. Operações Unitárias em Sistemas Particulados e
Fluidomecânicos. São Paulo, BLUCHER, 2012.
FOX, Robert, MCDONALD, Alan T., PRITCHARD, Philip J. Introdução à
Mecânica dos Fluidos. 6ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2006.
GANHIS, D. Apostila do CEFET /BA sobre trocadores de calor, do Professor
Diógenes Ganhis.
INCROPERA; DEW ITT; BERGMAN; LAVIN. Fundamentos da transferência
de calor, Notre Dame, 2008.