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AULA 4
CURSO AUTOMAO E
CONTROLE INDUSTRIAL
EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS
Marcos Csar Domingos Ferreira [email protected]
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
07/06/2015 TANQUES 2
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4.1. Definio:
Equipamento onde dois fluido com temperaturas diferentes trocam calor atravs uma interface
metlica.
um dispositivo para transferncia de calor eficiente de um meio para outro.Tem a finalidade
de transferir calor de um fluido para o outro, encontrando-se estes a temperaturas diferentes.
A transferncia de calor pode acontecer de 3 maneiras: radiao , conveco e conduo.
So amplamente usados em:
Usinas de gerao de energia;
Tratamento de guas residuais; Sistemas de refrigerao (aquecedores, refrigerao e condicionamento de ar); Indstria de vinhos e cervejarias; Indstria do petrleo; Indstria qumica pesada.
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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4.1. Definio:
Trocadores de Calor:
Contaminantes da gua so 3: ocorre corroso
07/06/2015 4 TUBULAO INDUSTRIAL
4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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4.1. Definio:
Por limitao de espao aumenta-se a quantidade de tubos dentro do trocador.
Nos trocadores em U com chicana com um passe no casco e dois passes nos tubos (a) e com
dois passes no casco e quatro passes nos tubos (b) so mostrados nas figuras a seguir:
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
(a) (b)
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
4.2. CLASSIFICAO DE TROCADORES DE CALOR
DE ACORDO A
PROCESSOS DE
TRANSERNCIA
DE ACORDO AO TIPO
DE CONSTRUO
CONTATO
DIRETO CONTATO
INDIRETO
TIPO
PLACA
TRNSFERNCIA
DIRETA
TIPO DE
ARMAZENAMENTO
TUBULAR
CARCAA
E TUBO
TUBO
DUPLO SERPENTINA
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4.2.1 Classificao quanto a funo na indstria
- aquecedor do sistema
- resfriador
- referverdor
- condensador
Quem define isto o fluido de processo
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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4.2.2 Classificao quanto ao tipo
Os permutadores de calor existem em vrias formas construtivas consoante a aplicao a que se
destinam, sendo as principais:
Permutador de calor de casco e tubos Permutador de calor de placas Permutador de calor de placas com aletas
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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4.3 PRINCIPAIS PARTES DO TROCADOR DE CALOR TUBULAR
07/06/2015 9 TUBULAO INDUSTRIAL
4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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4.4 Distribuio de Temperatura nos Trocadores de Calor
Em trocadores de calor de fluxo paralelo, os dois fluidos entram no trocador do mesmo lado, e
fluem em paralelo um ao outro para o outro lado. Em trocadores de calor contracorrente os
fluidos entram no trocador de lados opostos.
O mais eficiente o tipo contracorrente porque a troca mais homognea, gradual e continua
em todo percurso do fluido no tubo.
Usa-se o fluxo paralelo quando se quer utilizar um material menos nobre.
07/06/2015 ENTE10 TUBULAO INDUSTRIAL
4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
Sada Fria
Sada Fria
FLUXO PARALELO
CONTRACORRENTE
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4.4. Distribuio de Temperatura nos Trocadores de Calor
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
Sada Fria
Sada Fria
FLUXO PARALELO CONTRACORRENTE
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4.5. Materiais
O material usado na fabricao de trocadores de calor, geralmente possui um coeficiente de
condutibilidade trmica elevado. Sendo assim, so amplamente utilizados o cobre e o alumnio
e suas ligas.
Sua eficincia depende principalmente:
Do material utilizado para construo; Da caracterstica geomtrica e Do fluxo, temperatura e coeficiente de condutibilidade trmica dos fluidos em evidncia.
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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4.6 SELEO
So mais frequentemente selecionados atravs de programas de computador, que por projetistas
de sistemas, que so tipicamente engenheiros, ou pelos fornecedores de equipamentos. Em
primeiro lugar consideram as limitaes de projeto para cada tipo de trocador de calor. Embora
o custo seja muitas vezes o primeiro critrio avaliado, h vrios outros importantes critrios de
seleo que incluem:
Limite de alta e baixa presso Performance trmica Faixas de temperatura O conjunto de produtos Queda de presso ao longo do trocador Capacidade de fluxo de fluido Caractersticas de limpeza, manuteno e reparo Materiais requeridos para construo Capacidade e facilidade de futura expanso
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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4.7 ETAPAS PARA ESCOLHA DE UM TROCADOR DE CALOR
A escolha do trocador de calor correto requer algum conhecimento de diferentes tipos de
trocadores de calor, assim como o ambiente no qual a unidade ir operar.
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
CLASSIFICAO
UTILIZAO FORMA CONSTRUTIVA
CASCO E TUBO ESPECIAIS
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4.8. Manuteno
Incrustao ocorre quando um fluido passa por um trocador de calor, e as impurezas no fluido
precipitam-se sobre a superfcie dos tubos. Para minimizar usa-se o dreno e coloca gua nova
porque na perda por evaporao perde-se H2O e aumentado a quantidade de gua limpa
dificultando a incrustao.
A precipitao destas impurezas pode ser causada por:
Uso frequente do trocador de calor Ausncia de limpeza regular do trocador de calor Reduo da velocidade dos fluidos movendo-se atravs do trocador de calor Superdimensionamento do trocador de calor
A abordagem convencional para o controle de incrustao combina a aplicao cega de
biocidas e produtos qumicos antitrtaro com testes de laboratrio. Isto frequentemente resulta
em uso excessivo de produtos qumicos com o inerente efeito colateral de acelerar o sistema de
corroso e aumentar os resduos txicos - sem mencionar o incremento de custos de tratamentos
desnecessrios.
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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EXEMPLO : Prova Tcnico de Operao Jnior - 2008
39
A funo dos permutadores de cascos e tubos em processos de produo contnua a
(A) homogeneizao entre dois fluidos.
(B) separao de leo, gua e gs.
(C) separao eletrosttica de gua e leo.
(D) troca de calor entre dois fluidos.
(E) filtragem e separao de sedimentos.
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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EXEMPLO : Prova Tcnico de Operao Jnior - 2008
39
A funo dos permutadores de cascos e tubos em processos de produo contnua a
(A) homogeneizao entre dois fluidos.
(B) separao de leo, gua e gs.
(C) separao eletrosttica de gua e leo.
(D) troca de calor entre dois fluidos.
(E) filtragem e separao de sedimentos.
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4. TROCADORES DE CALOR ou PERMUTADORES
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EXEMPLO : Prova Engenheiro de Equipamentos Jnior - Mecnica - 2012
45
O trocador de calor casco e tubo muito utilizado na indstria em razo de sua
ampla faixa de uso. Neste tipo de trocador, um fluido escoa pelo interior dos tubos
(fluido do lado tubo) e o outro, por fora dos tubos (fluido do lado casco). A esse
respeito, considere as afirmaes a seguir.
I - O fluido mais corrosivo deve ser colocado no lado tubo.
II - O fluido com maior presso deve ser colocado no lado casco.
III - O fluido com menor valor para o coeficiente de transferncia convectiva de
calor h deve ser colocado no lado tubo.
correto APENAS o que se afirma em
(A) I
(B) II
(C) III
(D) I e II
(E) II e III
07/06/2015 18 TUBULAO INDUSTRIAL
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EXEMPLO : Prova Engenheiro de Equipamentos Jnior - Mecnica - 2012
45
O trocador de calor casco e tubo muito utilizado na indstria em razo de sua
ampla faixa de uso. Neste tipo de trocador, um fluido escoa pelo interior dos tubos
(fluido do lado tubo) e o outro, por fora dos tubos (fluido do lado casco). A esse
respeito, considere as afirmaes a seguir.
I - O fluido mais corrosivo deve ser colocado no lado tubo.
II - O fluido com maior presso deve ser colocado no lado casco.
III - O fluido com menor valor para o coeficiente de transferncia convectiva de
calor h deve ser colocado no lado tubo.
correto APENAS o que se afirma em
(A) I
(B) II
(C) III
(D) I e II
(E) II e III
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EXEMPLO : Prova Tcnico de Operao Jnior - Mecnica 2006
70
Um trocador de calor de tubo duplo composto por dois tubos concntricos. Pelo
tubo interno, passa o fluido quente, a ser refrigerado, e, pelo tubo externo, passa o
fluido refrigerante. O perfil de temperatura em funo da posio no tubo desse
trocador de calor dado pela figura.
Pela anlise desse perfil de temperatura, tem-se que o(a)
(A) fluido refrigerante passa na mesma direo e sentido do fluido quente.
(B) fluido refrigerante passa na mesma direo e no sentido oposto ao do fluido
quente.
(C) fluido refrigerante se encontra em repouso no tubo.
(D) temperatura do fluido quente no varia ao longo do tubo.
(E) temperatura do fluido refrigerante no varia ao longo do tubo.
07/06/2015 20 TUBULAO INDUSTRIAL
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EXEMPLO : Prova Tcnico de Operao Jnior - Mecnica 2006
70
Um trocador de calor de tubo duplo composto por dois tubos concntricos. Pelo
tubo interno, passa o fluido quente, a ser refrigerado, e, pelo tubo externo, passa o
fluido refrigerante. O perfil de temperatura em funo da posio no tubo desse
trocador de calor dado pela figura.
Pela anlise desse perfil de temperatura, tem-se que o(a)
(A) fluido refrigerante passa na mesma direo e sentido do fluido quente.
(B) fluido refrigerante passa na mesma direo e no sentido oposto ao do fluido
quente.
(C) fluido refrigerante se encontra em repouso no tubo.
(D) temperatura do fluido quente no varia ao longo do tubo.
(E) temperatura do fluido refrigerante no varia ao longo do tubo.
07/06/2015 21 TUBULAO INDUSTRIAL
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EXEMPLO :
No trocador de calor tubo e casco um fluido escoa pelo interior dos tubos (fluido do
lado tubo) e o outro por fora dos tubos, conforme figura. O perfil de distribuio de
temperatura em funo da posio dos tubos deste trocador de calor :
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(A) (B)
(C) (D)
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EXEMPLO :
No trocador de calor tubo e casco um fluido escoa pelo interior dos tubos (fluido do
lado tubo) e o outro por fora dos tubos, conforme figura. O perfil de distribuio de
temperatura em funo da posio dos tubos deste trocador de calor :
07/06/2015 23 TUBULAO INDUSTRIAL
(A) (B)
(C) (D)
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REFERNCIAS
- http://www.ufjf.br/washington_irrazabal/files/2014/05/Aula-23_Trocadores-de-Calor.pdf
- http://200.17.98.44/pronatec/wp-content/uploads/2012/07/opqi.pdf
- www.youtube.com/watch?v=9mV1tJ3uMwc
- www.youtube.com/watch?v=cK1LGxAa3_I
07/06/2015 24 TUBULAO INDUSTRIAL