Trocadores de Calor: Experimento e Resultados

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RELATÓRIO EXPERIMENTAL – TROCADOR DE CALOR
Introdução
Os trocadores de calor são equipamentos destinados à transferência de energia térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas, sem que haja mistura direta entre eles. São amplamente aplicados em sistemas de climatização, refrigeração, geração de energia e processos industriais em geral. Neste experimento, foi possível analisar três tipos de trocadores de calor – tubos concêntricos, casco e tubos e placas – verificando o efeito da vazão, da diferença de temperatura e da direção dos fluxos (contracorrente e paralelo) sobre a eficiência do processo de troca térmica.
Metodologia
O experimento foi realizado em bancada didática virtual, seguindo as etapas:
• Seleção do tipo de trocador de calor (tubos concêntricos, casco e tubos e placas);
• Ligação do aquecedor e ajuste de potência (aprox. 5980 W);
• Variação das vazões da água quente e fria (neste ensaio: 0,37375 kg/s e 0,25 kg/s, respectivamente);
• Medição das temperaturas de entrada e saída dos fluidos (T1 a T5);
• Registro dos dados experimentais por meio do Datalog.
Resultados Obtidos
De acordo com o arquivo fornecido, observou-se:
• Temperatura da água quente na entrada (T1) manteve-se em torno de 59,3 °C;
• A água fria entrou a aproximadamente 32,1 °C (T2) e saiu em torno de 33,4 °C (T3 após 200 s);
• A água quente saiu do trocador com temperatura próxima de 55,6 °C (T4), indicando uma redução de cerca de 3,7 °C;
• Houve transferência de calor contínua, com estabilidade do sistema após o regime permanente.
Cálculo simplificado da taxa de transferência de calor no fluido frio:
Q̇ = ṁ · cp · ΔT
Assumindo cp = 4180 J/kg·K:
Q̇frio = 0,25 · 4180 · (33,4 - 32,1) ≈ 1360 W
Discussão
1. Critérios de escolha do trocador de calor:
 - Eficiência térmica desejada;
 - Custos de operação e manutenção;
 - Espaço físico disponível;
 - Tipo de aplicação (industrial, residencial, climatização, etc.);
 - Vazões e pressões de operação.
2. Comparação entre trocadores:
 O trocador de placas demonstrou maior eficiência em relação ao casco e tubos, devido à sua maior área de contato entre fluidos, gerando coeficientes globais de troca de calor mais elevados.
3. Influência da vazão:
 O aumento da vazão eleva o coeficiente convectivo, reduz a resistência térmica do filme e intensifica a troca de calor. No entanto, o aumento da vazão também reduz o tempo de residência do fluido no trocador, o que pode diminuir a variação de temperatura em cada passagem.
Conclusão
O experimento permitiu compreender na prática o funcionamento e as diferenças de desempenho entre trocadores de calor. Constatou-se que:
• A direção dos fluxos (contracorrente > paralelo) influencia diretamente a eficiência;
• O trocador de placas apresentou maior rendimento pela elevada área de troca térmica;
• A vazão exerce papel fundamental na intensidade da transferência de calor.
Assim, a escolha do tipo de trocador deve considerar tanto as condições operacionais quanto o custo-benefício da aplicação.
Referências
ÇENGEL, Y. A.; GHAJAR, A. J. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática. 5. ed. McGraw Hill, 2012.
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KAKAÇ, S.; LIU, H.; PRAMUANJAROENKIJ, A. Heat exchangers: selection, rating, and thermal design. 2. ed. CRC Press, 2012.
HOLMAN, J. P. Transferência de calor. 10. ed. McGraw Hill, 2010.
BEJAN, A. Convection heat transfer. 4. ed. Wiley, 2013.