Engenharia Aplicada 3

Octavio Moreno RA 1127489Patrcia Quintana RA 1134600Raphael Garcia RA 1107135Sidnei Sanches 110048

Trocador de Calor

Santa Brbara DOeste, 2013Octavio Moreno 1127489Patrcia Quintana 1134600Raphael Garcia RA 1107135Sidnei Sanches 110048

Trocador de Calor

Anlise termodinmica de processo apresentado como requisito para obteno de aprovao na disciplina Engenharia Qumica Aplicada 3, no Curso de Engenharia Qumica, na Universidade Metodista de Piracicaba Campus St Brbara DOeste.Professor Jefferson Pinto e Sandra Gomes

Santa Brbara DOeste, 2013SUMRIO

1.0 INTRODUO.............................................................................................042.0 OBJETIVO GERAL......................................................................................05 2.1 METODOLOGIA.....................................................................................05 2.2 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS..................................................05 2.3 RESULTADOS E DISCUSSES ...........................................................063.0 CONCLUSO..............................................................................................09 4.0 REFERNCIAS...........................................................................................10

1.0 Introduo

Trocador de calor o equipamento onde ocorre a troca trmica entre dois fluidos, sem que ocorra o contato direto entre ambos. Em geral, os fluidos encontram-se separados por uma superfcie metlica (material de elevada condutividade trmica e boa resistncia mecnica). Existem vrios tipos de trocador de calor, sendo os trocadores casco e tubos e o de placas, os mais frequentemente usados na indstria. O Trocador de Placas consiste de um conjunto de placas corrugadas, providas de furos nas extremidades, para a passagem dos fluidos, que devem trocar calor. A vedao entre as placas feita por intermdio de gaxetas, que impedem a mistura entre os fluidos em circulao pelo interior do equipamento e ordenam o direcionamento dos mesmos entre as placas. O conjunto de placas sustentado por estruturas externas, sendo tipicamente uma fixa e a outra, mvel.

O Balano Global de Energia (BGE) consiste na avaliao da energia posta em jogo entre o fluido quente e o fluido frio. Na anlise que ser realizada, ser assumida a hiptese simplificadora de que no ocorram perdas de calor para o meio ambiente (o que est distante da realidade uma vez que o sistema no est isolado). Assim, todo o calor cedido pelo fludo quente ser transferido para o fludo frio. Para que o BGE possa ser aplicado a um equipamento, devem-se definir os limites considerados na anlise do problema, isto , o volume de controle analisado. Uma vez estabelecido o volume de controle, procede-se aplicao do BGE, segundo a expresso apresentada na equao 1.

Energia cedida = Energia Recebida + Perdas trmicas Equao 1

Foi utilizado o vapor de gua saturado como fludo quente e a gua potvel temperatura ambiente como fluido frio. O balano de energia pode ser obtido a partir das equaes 2 e 3, que representam a energia cedida pelo fluido quente e a energia recebida pelo fluido frio, respectivamente.

onde: Qc = energia cedida pela corrente (calorias); mq = massa da corrente quente (gramas); Cp_q = calor especfico do fluido da corrente quente (em caloria/grama C); Tq = mdulo da variao de temperatura entre a entrada e sada da corrente quente; e Lc_q = calor latente de condensao (em caloria/grama).

onde: Qr = energia recebida pela corrente quente; mf = massa da corrente fria (gramas);Cp_f = calor especfico do fluido da corrente fria (em caloria/grama C); Tf = variao de temperatura entre a entrada e sada da corrente fria.2.0 Objetivo GeralO Objetivo deste experimento levantar dados experimentais para se determinar o balano global de energia de um trocador de calor. Os objetivos secundrios so:- Analisar o funcionamento de um trocador de calor de placas paralelas e; - Calcular a quantidade energtica de cada uma das correntes do trocador.

2.1 Metodologia

Materiais e reagentes

1 caldeira para a gerao de vapor saturado1; 1 trocador do tipo placas; 1 linha de vapor; e 1 linha de gua a temperatura ambiente.

2.2 Procedimentos experimentais

O conjunto experimental possui indicao das temperaturas de entrada e sada das correntes existentes no trocador de calor e para a presso da linha de vapor interna do trocador de calor. Aps um ajuste indicado pelo tcnico do laboratrio, foram determinadas as vazes mssicas de cada uma das correntes. No caso da corrente quente (vapor) foi determinada a vazo mssica de gua condensada produzida no processo de troca trmica, uma vez que a quantidade de vapor de gua alimentada por unidade de tempo igual quantidade de condensado produzida na mesma unidade de tempo, pois no existem perdas de massa no volume de controle estudado. No caso de existir vapor residual na linha de coleta de condensado, o mangote de coleta foi imerso em um recipiente contendo gua, para favorecer a condensao deste vapor residual. Foram feitas 03 (trs) diferentes vazes de vapor e de gua fria. Em cada tomada de dados que foram anotadas as temperaturas indicadas (de entrada e de sada), as vazes mssicas e a presso interna do trocador de calor. Foram seguidos recomendaes do tcnico de laboratrio e, detalhado o procedimento no relatrio do experimento. Com os equipamentos em funcionamento, iniciou-se a coleta dos dados para trs vazes diferentes. Primeiramente, foram medidas a presso e a temperatura do vapor de gua saturado na tubulao de transporte de vapor. Em seguida, mediu-se a vazo mssica de vapor e de gua alimentadas ao trocador de calor. Por ltimo, obteve-se o valor das temperaturas de sada e de entrada da gua de processo. Nesse experimento foi utilizada a hiptese simplificadora para a obteno dos clculos de que no ocorrem perdas de calor para o meio ambiente. Alm disso, o volume de controle utilizado para anlise engloba todo o trocador, ou seja, todas as placas nele utilizadas em conjunto. Para isto, as vazes medidas foram de entrada e sada do trocador, com suas respectivas temperaturas.

2.3 Resultados e discusses Hipteses consideradas: Regime Permanente (p/ clculos), sistema totalmente isolado. Nesse experimento, foi considerado que no ocorreu troca trmica com o meio ambiente, porm, os clculos no mostram isso. Alm disso, o volume de controle utilizado para anlise engloba todo o trocador, ou seja, todas as placas nele utilizadas em conjunto.Abaixo, planilha de dados coletados durante o experimento e, com as equaes 1, 2 e 3, foi possvel calcular as quantidades de calor trocado para o lquido frio, trata-se da gua potvel que receber o calor do vapor dgua, que no caso a corrente que fornecer o calor provinda da caldeira.

Tabela 1 - Dados experimentais para o trocador de calor

Condio 1: Corrente fria /gua potvelCorrente quente (vapor)

Entrada (C)21Entrada (C)124

Sada (C)64Sada (C)98

massa (gramas)3726,67massa (gramas)780

Tempo (segundos)43,33Tempo (segundos)120

Vazo mssica da gua (gramas/s)86,006693Vazo mssica do vapor (gramas/s)6,5

Cp constante (kcal/g.C)1Calor latente mdio da gua (Kcal/grama)9,29

Fluxo (massa/tempo)6,50




massa (gramas)3936,67Massa (gramas)830








massa (gramas)3626,67massa (gramas)740,5





Tabela 2 - Resultados obtidos

Troca Trmica (Q) - KJ

Condio 1

Corrente fria corrente quente (vapor)

38336,557426585,215311

Condio 2

Corrente friacorrente quente (vapor)

32962,547857205,909091

Condio 3

Corrente friacorrente quente (vapor)

21690,610059105,669856

Delta Q

Cond.1Cond.2Cond.3UnidadeKJ

31751,34225756,63912584,94

3.0 Concluso

De acordo com os resultados encontrados no Balano Global de Energia, possvel concluir que as medidas obtidas na terceira vazo so mais satisfatrias que das outras duas. Isso significa que o calor trocado entre o vapor e a gua est mais prximo da igualdade. Este fenmeno ocorre, pois a rea de troca trmica para ambos a mesma e o sistema tende ao equilbrio. Observado que o DeltaQ menor para a vazo trs e proporcional ao aumento de vazo de gua de rua, pois a quantidade de gua que realiza troca trmica maior, quando se aumenta a vazo volumtrica.Alm disso, apesar de considerado isolado termicamente e regime permanente para os clculos, foi observado, atravs da anlise dos dados, que o trocador de calor utilizado no experimento no obedece esta afirmao, visto que h diferena entre calor recebido e fornecido, entre os fluidos. O que, na literatura, calor cedido igual ao calor recebido. Esse erro pode ser devido a inmeros de erros sistemticos, como manuseio do cronmetro, leitura na balana (balana no precisa), isolamento trmico um pouco ultrapassado (tecnologia ultrapassada), oscilaes de vazo no controlada, entre outros fatores que agravam esse erro.

4.0 Referncias Bibliogrficas

KERN, Donald Q. Processos de transmisso de calor. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1982. 671p.ARAJO, Everaldo Csar da Costa. Trocadores de Calor. So Carlos: Ed UFSCar, 2002. 108p.GORDON VAN WYLEN, Richard e Claus. Fundamentos da Termodinmica Clssica, 20096

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