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UNIJORGE – Centro Universitário Jorge Amado
Engenharia da Produção
Adriano Pereira da Silva
Eliane Barreto
Rafael Lima Araújo
Reinan Nascimento dos Santos
Rodrigo Damasceno
Samuel Coelho
RESUMO
Partindo do principio da construção de um trocador de calor e
conseqüentemente transferir energia térmica entre os fluidos envolvidos no
processo, o trabalho iniciou-se com pesquisas e desenvolvimento de
conceitos para o aprimoramento das idéias inicias.
Sendo este processo realizado através de um fluxo de água quente, onde
será aquecida por um ebulidor (equipamento específico para aquecer a água)
contido em um reservatório, entrando através de um bombeamento na parte
superior do trocador e saindo pela abertura na parte inferior, sendo
depositada em outro reservatório. Assim a troca térmica será efetuada por
condução da barra de alumínio, colocada dentro do casco, onde por sua vez,
estará contida água gelada em repouso.
Dessa forma a temperatura final da água terá sido alterada, e com os
dados coletados das temperaturas de entrada e saída é possível calcular a
eficiência térmica do trocador de calor.
Palavras chave: trocador de calor, troca térmica, eficiência térmica.
ABSTRACT
From the beginning of the construction of a heat exchanger and
therefore heat transfer between the fluids involved in the process, the
work began with research and development of concepts for the improvement of
initial ideas.
This process is accomplished through a stream of hot water, where it
is heated by a heater (special equipment to heat water) contained in a
reservoir, entering through a pump at the top of the exchanger and out
through the opening at the bottom, and placed in another tank. So the heat
exchange is performed by driving the bar of aluminum, placed inside the
hull, which in turn is contained in ice water at rest.
Thus, the final temperature of the water will have been changed, and
the temperature data collected arrival and departure is possible to
calculate the thermal efficiency of the heat exchanger.
Keywords: heat exchanger, heat transfer, thermal efficiency.
Objetivo
Este trabalho tem por objetivo o projeto e simulação de um trocador de
calor tipo casco e tubo, para o resfriamento da água. Sob condições de
temperatura elevada, o fluido escolhido para seu resfriamento foi à própria
água, contida no permutador.
Para tal finalidade foi definido uma série de variáveis iniciais para
iteração, adequando as variáveis a fim de se obter os melhores resultados
na simulação do trocador de calor.
INTRODUÇÃO
Trocador de calor é um equipamento bastante utilizado em indústrias,
com a finalidade de realizar trocas térmicas entre dois fluidos em
diferentes temperaturas. Seu tipo mais simples consiste de um recipiente
onde se coloca uma substancia quente e outra fria, que logo são misturadas.
Nesse sistema, ambos adquirem a mesma temperatura final, caracterizando o
equilíbrio térmico. Já a quantidade de calor que foi transferida poder ser
calculada a partir da igualdade entre a perda de energia do fluido quente e
a energia ganha pelo fluido frio.
Existem particularidades desses equipamentos. Sendo os mais comuns
aqueles que os fluidos se encontram separadamente um do outro por meio de
uma parede, através da qual o calor é emitido.
Há outras finidades desses equipamentos, porém com o mesmo princípio
de funcionamento, a transferência de calor. Este processo é comum em muitas
aplicações no ramo da Engenharia, como por exemplo, na refrigeração e
condicionamento de ar, ou na produção de energia, recuperação de calor em
processos químicos. Como conseqüência, seu desenvolvimento tem longa
história e ainda em continuo aprimoramento, baseando-se na crescente
preocupação pela conservação da energia e preservação ambiental.
O desenvolvimento do trocador de calor, envolvendo seu dimensionamento
e especificação para realizar com eficiência e economicamente uma
determinada operação, é um tanto complicado por ter tantas variáveis que
interferem no sistema como: pressão, velocidade, vazão, compatibilidade,
sendo realizadas constantemente manutenções para não ocorrer problemas em
seu funcionamento, onde técnicos especializados e bem equipados dando
prosseguimento ao desempenho do trocador de calor. [1,2]
2 Revisão Teórica
Constantemente há o interesse de transferir energia térmica de um
sistema para outros corpos, ou até mesmo ao espaço. Isso pode ser realizado
com um equipamento chamado Trocador de Calor, muito utilizado em diversas
empresas. Esses dispositivos podem ser classificados pelo modo de
transferência de calor, o número de fluidos envolvidos, tipo de construção,
e muito outras. De forma básica, duas classificações são fundamentais. São
as que dividem os trocadores utilizando contato direto e os de contato
indireto, e também os que consistem em função das características de
construção. [3]
2.1 Processo de Transferência
Os trocadores de calor podem ser classificados em relação a sua
natureza de transferência, onde é subdividida em dois subgrupos, os de
contato direto ou de mistura, e os de contato indireto ou de superfície.
[4]
2.1.1 Contato Indireto ou de Superfície
Nos trocadores de calor onde ocorre a permuta de calor por contato
indireto, os fluidos permanecem separados, sendo que a transferência
acontece continuamente através de uma barreira, pela qual a mesma é
responsável pela mudança de temperatura.
Ainda há subdivisões nos trocadores de calor onde o processo é
realizado por contato indireto, sendo classificados em: trocadores de
transferência direta, e de armazenamento. [3]
2.1.1.1 Transferência Direta
Nesse tipo de trocador é fundamental uma barreira que separe o fluxo
dos fluidos quente e frio. Sendo assim, não há mistura entre eles, pois
cada corrente permanece separada.
Esse equipamento e designado como um trocador de calor de recuperação,
ou simplesmente como recuperador. Permutadores, de calor de placa tubular,
e de superfície estendida são alguns exemplos de recuperadores, onde o
mesmo constitui uma vasta parcela na maioria dos trocadores de calor. [3]
Figura 01: Trocador de calor de transferência direta [3]
2.1.1.2 Trocador de Armazenamento
Nos trocadores de calor por armazenamento, os fluidos passam
livremente nas mesmas passagens de troca de calor, sempre se alternando.
Sua superfície de contato, onde ocorrera a transferência térmica é
geralmente uma estrutura denominada matriz. Nos casos de aquecimento, o
fluido com temperatura elevada passa pela superfície de transferência de
calor e a energia térmica é armazenada na matriz. Logo após que o fluido
frio passa pelas mesmas passagens, é liberada energia térmica. Nos casos de
refrigeração o processo é inverso.
Em sistemas maiores, como de ar condicionado, uma alternativa são os
bancos de gelo ou tanques de gelo, ocorrendo uma mudança de fase, onde a
matriz se solidifica, tornando-se gelo.
Nesse processo a matriz cede energia ao fluido refrigerante que
circula no banco de gelo durante a noite, isso porque a tarifa de energia
elétrica possui custos baixos. No período diurno, o fluido quente
proveniente do sistema do ar condicionado é iluminado, atendendo a carga
total, sendo seu trabalho dirigido em tarifas mais caras, proporcionando
uma significativa redução dos custos operacionais do sistema. [3,4]
FIGURA 02: Trocador de calor de armazenamento [4]
2.1.2 Contato Direto ou de Mistura
Os fluidos entram em contato direto um com o outro, dessa maneira
ocorrerá que o fluido de maior temperatura conceda calor para o outro
fluido de menor temperatura.
As aplicações mais comuns de um trocador que utiliza esse método
envolvem transferência de massa, alem da própria permutação de calor.
Em comparação aos trocadores de contato indireto, geram taxas de calor
mais elevadas, por causa da deslocação de massa. Ainda fazendo um paralelo,
sua construção é relativamente barata, entretanto suas aplicações são
limitadas aos casos onde um contato direto de dois fluidos seja
permissível.
O exemplo mais comum de trocadores de contato direto são as torres de
resfriamento, no qual o ar externo e a água quente são adicionados num
mesmo sistema, desse jeito os fluidos entram em contato direto, promovendo
a transferência de calor e massa. A água originada do processo é liberada
em forma de gotículas, aumentando a taxa de transferência de calor. [3,4]
A figura abaixo ilustra o esquema básico de uma torre de resfriamento:
Figura 03. Trocador de calor de contato direto (torre de resfriamento) [4]
2.2 Característica de Construção
Dos mais variados modelos, e a relação da sua construção e
classificação destacam-se os trocadores de calor tubulares, de placa, de
superfície estendido, e com outras variações como, transferidores
compactos, resfriadores de ar, diversificando em caso e tubo. Existem
outros tipos, mas os principais grupos são estes. [3]
2.2.1 Trocadores Tubulares
Com o seu próprio nome, percebe-se a natureza de construção, onde são
geralmente construídos com tubos circulares, contudo, existe variação no
seu processo mecânico de acordo ao fabricante.
São fundamentalmente usados para aplicações de transferência de calor
entre líquidos, com uma, ou duas fases. Seu trabalho é otimizado em
aplicações de conversão de temperatura entre gases, principalmente quando
envolve pressão e/ou temperaturas elevadas, onde nenhum outro tipo poderá
atuar.
Esses trocadores de calor podem ser divididos em: carcaça e tubo,
duplo tubo e em espiral. [1]
2.2.1.1 Trocador de Calor Carcaça e Tubo
Esse tipo de trocador de calor e constituído por uma carcaça e um
casco cilíndrico, onde o mesmo possui um conjunto de tubos (genericamente
chamados de vasos tubulares), colocados paralelamente ao eixo longitudinal
do casco. Os tubos são fixados nas extremidades, onde há placas perfuradas,
denominadas espelhos, e a cada furo corresponde a um vaso tubular do feixe.
Os espelhos são presos ao casco.
Os tubos que compões o feixe atravessam as diversas placas perfuradas,
chamadas de chicanas, onde são responsáveis para direcionar o fluido que
escoa por fora dos tubos, além de suportar o mesmo. Nesse trocador, um
filtro escoará pelo interior dos tubos e outro por fora.
Um exemplo da disposição da área de transferência pode-se ter como
referência um equipamento com tubos longos e um determinado diâmetro do
casco, ou com a mesma área construir outro trocador com tubos menores. É
mais conveniente e mais econômica a construção de equipamentos longos, com
diâmetro do casco e aos vasos tubulares menores.
Figura 04. Trocador de calor casco e tubo [5]
Há uma padronização na distribuição dos tubos, e a sua quantidade é
determinada pela sua capacidade de alocar em um diâmetro pré-estabelecido.
Existe também padronização no que se refere no espaçamento entre as
chicanas. Sua redução resulta ao aumento do coeficiente de troca de calor
do lado do casco. Sobretudo, tende-se a aumentar a perda de energia podendo
acarretar uma sobrecarga no sistema de movimentação do fluido.
Sua variedade de construção é atribuída na transferência de calor
estimada do desempenho, da queda de pressão e dos métodos usados para
reduzir tensões térmicas, prevenir vazamentos, facilidade de limpeza para
conter pressões operacionais e temperaturas altas, controlar corrosão, etc.
Esse tipo de trocadores de calor é mais utilizado em qualquer
capacidade e condições operacionais, como pressão e temperaturas altas,
fluidos muito viscosos e misturas multicomponentes. Estes são equipamentos
muito versáteis, variando os materiais e tamanhos, sendo extensivamente
usados em processos industriais. [1,5]
2.2.1.2 Trocador de Calor Duplo-Tubo
Caracterizado por possuir dois tubos concêntricos, com trechos retos e com
conexões nas extremidades de cada tubo, para dirigir os fluidos de uma
seção para outra. Esse conjunto, em forma de U, é denominado grampo,
permitindo a conectividade em vários tubos em série. Nesse tipo de
trocador, um fluido escoa através do tubo interno, e outro pelo espaço onde
se anula, havendo uma troca de calor pela parede interna.
Figura 05. Trocador de calor duplo-duplo [5]
Esse sem dúvidas é o mais simples trocador de calor dentre os demais,
não somente pela facilidade de construção e montagem, mas também na
aplicação da área (otimizando o processo de transferência térmica), fácil
manutenção, com acesso prático para limpeza. Usado geralmente em aplicações
de pequenas capacidades. [3,5]
2.2.1.3 Trocador de Calor em Espiral
Nos outros trocadores de calor em formato de espiral, consiste em uma
ou mais serpentinas (tubos circulares) acoplado em uma carcaça. Sua
transferência térmica é de forma analógica, maior do que um trocador de
calor tubo-duplo.
Sua extensão talvez seja a maior dentre os demais trocadores de calor, pois
há uma grande superfície acomodada em um determinado espaço, utilizando as
serpentinas. Suas expansões térmicas são facilitadas, porém sua limpeza se
torna problemática. [1]
Figura 06. Trocador de calor em espiral [3]
2.2.2 Trocador de Calor Tipo Placa
Esses trocadores de calor são, normalmente, constituídos com placas
lisas, em algumas exceções utilizam-se formatos ondulatórios. Em um suporte
(placas de metal) são sustentados por barras, sendo presa por compressão.
Entre uma extremidade móvel e outra fixa. Entre as placas adjacentes formam-
se canais por onde os fluidos escoam.
Sua implementação nas indústrias ocorreu na década de 1930, no ramo
alimentício, por razões de sua facilidade de limpeza, às quais fornecem
maior resistência nas placas. Além dessa atribuição favorável, esse
equipamento traz outras vantagens, como: suportar pressões muito altas (se
comparamos aos trocadores tubulares), flexibilidade de alteração da área de
contato, podendo operar com dois fluidos, e principalmente por ter baixo
custo inicial. [3,5]
Figura 07. Trocador de calor tipo placa [3]
2.2.3 Trocador de Calor Compacto
Esses equipamentos são uma generalização dos demais trocadores de
calor existentes. Provenientes de uma alta razão entre a área de
transferência térmica e o volume do trocador. Os exemplos mais comuns desse
tipo de permutador são os de placa e espiral, com tubos aleatórios,
resfriadores de ar e as variações do trocador de casco e tubo. [5]
3 Princípios de Construção e Funcionamento
Nos trocadores de calor convencionais, existem dois fluidos circulando
por dois circuitos independentes. O fluido quente e o fluido frio, sendo
que um desse passa por dentro dos deixes tubulares e o outro passa por
fora. Esses dois processos podem ser feitos em apenas uma passagem ou em
varias passagens sucessivas.
Esses trocadores possuem três partes principais: corpo, carretel e
feixe tubular. O corpo é o casco do aparelho, por onde circula o fluido
externo. O carretel é uma câmera presa ao caso, onde se abrem as
extremidades dos tubos do feixe tubular. Sendo este um conjunto formado
pelos tubos preso aos espelhos, que são placas espessas, perfuradas onde se
encaixam e se prendem nas extremidades dos tubos.
Em todos os trocadores de calor existe sempre uma diferença de
temperatura entre o corpo e o feixe tubular, em conseqüência da diferença
de temperatura entre os dois fluidos circulares. Sua transmissão de calor
se processa da adequada separação dos fluidos envolvidos, sendo que um
deles flui através do lado interno dos tubos e o outro através do lado
externo.
Termodinamicamente, um dos fluidos é resfriado, enquanto o outro
fluido envolvido é aquecido. Em alguns casos a retirada de calor não conduz
a um resfriamento e sim a uma mudança de fase no fluido, operando como um
condensador. Dessa mesma forma pode levar o aquecimento de um fluido não a
um aumento de temperatura, mas também a uma mudança de fase, operando desta
forma como um evaporador.
Independente das condições operacionais do trocador de calor, o mesmo
deve ser adequadamente construído, ou seja, devera possuir uma geometria
adequada, para que, através da superfície de transmissão fornecida dentro
das condições de projeto considerado, podendo transmitir o fluxo de calor
esperado. [7,6]
3.1 Construção do Projeto
Trocadores de calor tipo casco e tubo são constituídos basicamente por
feixes tubulares, casco e cabeçotes.
O feixe tubular é composto de uma serie de tubos fixando suas pontas
em espelhos. Sua fixação dos mesmos aos furos dos espelhos pode ser feita
através de mandrilagem (expansão), solda ou combinação de ambos. Entre os
espelhos são montadas chicanas posicionadas através de espaçadores e
tirantes, de modo que permita ao fluxo do fluido seja conduzido
adequadamente através deste. Essas chicanas possibilitam também um suporte
adequado para o feixe como um todo, evitando as vibrações.
O casco é constituído de um cilindro, sendo que em suas extremidades
poderão estar soldada aos flanges ou os próprios espelhos, dependendo do
tipo de construção. Já os cabeçotes destinam a receber e distribuir o
fluido pelos tubos. Em caso de trocador de calor com numero par de passes
do lado dos tubos, um dos cabeçotes opera como cabeçotes de retorno. [6]
3.2 Projeto Mecânico pela Norma TEMA
A Associação Americana de Fabricantes De Trocadores De Calor (Tubular
Exchangers Manufactures Association – TEMA) publicou uma norma que inclui
exigências e recomendações para o projeto. Essa norma declara expressamente
a destinação complementar e não substitui os códigos ASME, Seção VIII e
Divisão 1 para vasos de pressão, envolvendo de maneira ampla. Dessa forma,
os trocadores de calor construídos de acordo com a norma TEMA devem
obedecer a todos os requisitos e exigências do código ASME, dando apenas um
adendo para atender as condições particulares dos trocadores de calor.
Estão incluídos na norma TEMA somente os trocadores de casco e feixe
tubular, abrangendo a maioria dos modelos usualmente empregados em
indústrias de processo. Nessa padronização cada tipo é designado por uma
sigla de três letras, das quais a primeira indica o tipo de carretel, a
segunda o tipo de caso, e a terceira o tipo da extremidade oposta ao
carretel.
Os tipos de carretel são indicados pelas letras A, B, C, N e D. Sendo
o tipo A o mais comum, com tampas removíeis. No tipo B o carretel é
integral como a tampa. O tipo C tem o carretel integral com o espelho fixo,
sendo a tampa removível, e o feixe tubular também removível junto com
carretel. No tipo N assemelha-se ao C, sendo que o feixe tubular não é
removível. Já no tipo D é destinado apenas para trocadores de alta pressão.
As letras E, F, G, H, J, K e X designam os tipos de casco. O tipo E é
o casco mais freqüente, com uma entrada e uma saída em extremidades
opostas. No tipo K o caso é especial com um corpo cilíndrico de maior
diâmetro e uma transição cônica, denominado "refervedor". Ele é empregado
quando o fluido pelo casco tem duas fases presentes (liquido e gás), e
deseja-se a sua separação. Os tipos F, G, H, J, K e X são várias
combinações de entradas e saídas no casco. As letras L, M, N, P, S, T, U e
W designam o tipo de extremidade oposta ao carretel. Os tipos L, M e N
semelhantes as extremidades A, B, C e em todos eles os trocadores tem ambos
os espelhos fixos. Os tipos P e W têm espelho flutuante com gaxeta externa.
Os tipos S e T têm espelho flutuante interno, sendo que ambos os feixes
tubulares estão no carretel. No tipo S, para a remoção do feixe tubular
tira-se a tampa do casco e depois a tampa flutuante é simplificada, sendo o
feixe é capaz de passar por inteiro através do casco, mesmo com a tampa
flutuante aparafusada ao espelho flutuante. Nesse caso possui diâmetro
interno maior do que o do tipo S. E o tipo U possui o feixe tubular em U,
com um único espelho. [7]
Figura 08. Projeto mecânico de trocador de calor pela norma tema [7]
3.3 Desenho Técnico do Protótipo
4. Redução dos Impactos Ambientais
Diferentes métodos já foram aplicados para solucionar um problema que
aflinge diversos ramos da indústria de óleos, graxas, lubrificantes e
outros derivados desses materiais oleosos. Sendo que ao final do processo
de refinação torna-se um resíduo com elevado potencial de toxicidade ao
meio ambiente, sendo lançado de forma irregular, podendo contaminar de
forma direta ou indireta o ecossistema da região.
Hodiernamente esse descarte é feito através de tambores que são
enviados para lixões onde podem ocorrer vazamentos, causando a contaminação
do solo e posteriormente de lençóis freáticos, provocando prejuízos à
qualidade da água e consequentemente aos seres vivos que dependem dela.
Outro método criminoso ao meio ambiente é a incineração desse material,
gerando gases lançados na atmosfera.
Esse processo de degradação ocorreu livremente até a implementação de leis
e normas ambientais que coibiram sua maneira de execução.
Com essa finalidade de minimizar os impactos ambientais e também os
gastos adicionais, tem-se como alternativa o tratamento desses óleos
visando o seu reuso no processo, assim como a água que será retirada das
borras, utilizando um sistema baseado num trocador de calor.
Para o tratamento do óleo o tipo adequado desse equipamento é chamado de
recuperador, onde os fluidos não se misturam ocorrendo assim a troca de
calor através de uma parede. Seu sistema tem como objetivo a eliminação da
água presente no óleo e sua regeneração para que ambos possam ser
reutilizados no processo, trazendo vantagens econômicas, alem de evitar
riscos ambientais. [8]
5 Uso de EPI´s
O uso de EPI (Equipamento de Proteção Individual) é todo dispositivo
ou produto de uso individual utilizado para à proteção de riscos
susceptíveis de ameaçar a segurança e a saúde no trabalho.
Devem ser utilizados em algumas circunstâncias, como em caso de
emergência, ou quando a rotina do trabalho é quebrada por qualquer anomalia
se tornando necessário o uso de proteção complementar e temporária pelos
trabalhadores envolvidos. Quando o trabalhador se expõe diretamente a
riscos que não são controláveis por meios técnicos de segurança, como em
período de instalação, reparos ou substituição dos dispositivos que impedem
o contado do trabalho com agentes agressivos.
Atualmente, a demanda por EPI´s que ofereçam um bom atendimento as
variadas necessidades dos usuários é grande e muitas vezes dispendiosa. O
MTE (Ministério do Trabalho e Emprego) acompanha de perto essa crescente
demanda oferecendo fiscalização sobre os produtos fabricados através do CA
(Certificado de Aprovação), que comprova a qualidade por meio de normas
nacionais e internacionais especificas.
Para facilitar a aquisição desse material de forma adequada é
recomendável seguir dois passos importantes. A identificação do risco,
preferencialmente antes do inicio dos trabalhos, devendo verificar no
ambiente a existência de condições inseguras (arranjo físico, ferramentas e
equipamentos, produtos químicos) como objetivo de evitar acidentes. A
avaliação de risco existente é feita, através da analise crítica
determinando a intensidade e extensão do risco à sua segurança. Porém em
todas as atividades a serem realizadas exista algum perigo, ou seja, a
possibilidade de ocorrência de algum evento indesejável que pode ser
minimizado.
Esses equipamentos são ainda mais imprescindíveis quando estiver
operando dispositivos cujo manuseio é um tanto complexo, como é o caso de
trocadores de calor. Os principais EPI`s para este trabalho são: óculos de
segurança, pois reduz riscos de impacto das partículas sólidas projetadas
ou respingos dos produtos químicos; protetores auditivos, onde são
utilizados quando há exposição a níveis intensos de ruído de forma contínua
e prolongada ou mesmo em intervalos de tempo; proteção respiratória para
certos vapores orgânicos em baixas concentrações e gases ácidos; luva de
vaqueta resistente a agentes abrasivos e escoriantes; capacete de
segurança, indispensável para atividades que proporciona o impacto contra
materiais, maquinas ou equipamentos rijos; avental de segurança, próprio
para proteção do tronco contra respingos de água e produtos químicos; e o
cinto de segurança, indicado para trabalhos em altura que ofereça risco de
queda.
Mesmo como uso dos EPI´s, o planejamento do serviço a ser executado
deve ser iniciado antes da execução, certificando de que cada área de
trabalho esta devidamente isolada, ou se não há riscos de pessoas alheias
ou mesmo de pessoas desprotegidas sofrerem qualquer acidente por falta de
sinalização ou prévio desconhecimento do serviço. [9]
6 Fabricante de Trocadores de Calor
As companhias da transferência térmica da Koch Heat Transfer Group
(Grupo de Transferência de Calor Koch) fornecem uma combinação sinergética
real da engenharia térmica, tecnologias inovadoras e em capacidades de
fabricação da classe, oferecendo uma melhor seleção e mais extensiva do
mundo de produtos referente aos trocadores de calor tubular.
Tendo uma variedade extensiva de dispositivos, tanto do aumento do tubo e
ou do casco. Oferecendo aos os produtos um baixo custo e confiança para
conseguir os objetivos de projeto. Fazendo as vezes projetos térmicos,
hidráulico e mecânico com "melhor fabricação na classe". Essa combinação
fornece um único batente para o cliente faça suas exigências da
transferência térmica.
Com essas predeterminações, é facilitado durante o projeto de processo, a
operação e a manutenção, com assistência técnica, serviços da supervisão do
campo e do mercado de acessórios. Fazendo que as companhias de
transferência térmica da Koch projetam e fabricam trocadores de calor
feitos sob encomenda para uma base de clientes global. [10]
6.1 Visão Empresarial
A visão da empresa está no núcleo de negócio, reconhecendo dentro de
todos os mercados, clientes e companhias de engenharia associadas, com
reputação que os conduzem. Para ter essa disponibilidade aos clientes,
todos os recursos, capacidades e tecnologia do grupo exigem habilidades de
seus empregados, oferecendo um ambiente dinâmico, facilitando a realização
dos objetivos. Operando os negócios na conformidade dos princípios aceitos
da Koch, de leis e de responsabilidade ambiental. Garantindo assim, um
crescimento e melhoria consistente. [10]
6.2 Sistema De Qualidade
O Grupo de Transferência de Calor Koch se firmou no mercado executado
e documentando um sistema de qualidade baseado em exigências da ASME e na
conformação com o padrão europeu ISO-9001: 2000, de acordo com que a
companhia foi certificada pelo Registro de Lloyd.
Manuais de procedimento são executados inteiramente e continuamente
dentro da companhia. Inspeção dos materiais e de componentes fabricados
durante os vários estágios da manufatura, garantindo sua qualidade.
Aprovada igualmente pelas autoridades principais da inspeção tais como o
registro de Lloyd, os DNV, o departamento Veritas, o TUV, os ISPESL, etc.,
que realizam regularmente inspeções e exames em suas permissões. [10]
6.3 Produtos
A linha de produtos da Koch é constituída de dois tipos básicos de
equipamentos, os de alta pressão e os de aquecimento do tanque, sendo que
há variações na produção a depender do pedido do fornecedor. [10]
6.3.1 Equipamento de Alta Pressão
Sua selagem é de alta pressão, sendo extremamente confiantes.
Possuindo furos rosquiados no forjamento ou no revestimento, facilitando a
remontagem, não tendo nenhuma necessidade de soldar durante esse processo.
Com isso reduz os custos na manutenção. [10]
Figura 09. Trocador de calor de alta pressão [10]
6.3.2 Equipamento de Aquecimento do Tanque
Aletas longitudinais do uso dos calefatores do tanque da transferência
térmica da Koch são os projetos mais compactos, para maximizar a área de
superfície de transferência térmica. Esse projeto reduz custos da
instalação e de manutenção assim como o deslocamento do produto. A sucção e
linha calefatores aquecem somente seu produto quando precisa, fazendo o
consumo de energia e custos de aquecimento reduzir, além de ser fácil
manutenção e limpeza. [10]
Figura 10. Trocadores de calor de aquecimento [10]
6.4 Análise referente á Empresa
Ao inserir as necessidades de suas demandas atuais, estão investindo
na pesquisa e no desenvolvimento, ambos de uma perspectiva das bases, assim
como pela aquisição das inovações que têm a sinergia como visão. Estando
evoluindo constantemente.
A transferência térmica da Koch está deixando a companhia nas
fronteiras que a fazem se excita ao desafio. Tendo operações e escritórios
nos EUA, na Europa e na Ásia e juntado agora a forças com os quase 100
representantes independentes em torno do mundo, sendo verdadeiramente uma
companhia global que igualmente compreende e responde às expectativas
locais.
Sendo progressiva e agressiva ao mesmo tempo, conduzindo seus
funcionários a uma visão de mudanças e melhoramento, esforçando em alta
qualidade e confiabilidade dos projetos, produtos e serviços
7 Eficiência Térmica
Ao realizar experimentos teóricos envolvendo a eficiência das maquinas
térmicas, Sadi Carnot desenvolveu uma máquina que convertia uma parte do
calor em trabalho útil. Ele tentou construir um modelo da máquina térmica
mais eficiente possível. Seu trabalho forneceu as bases para a melhoria
prática nas máquinas térmicas e para a fundamentação da termodinâmica. Ele
descreveu uma máquina ideal, hoje conhecida como máquina de Carnot, que é a
maneira mais eficiente (ao menos teoricamente) que uma máquina pode ser
construída. Ele mostrou que a eficiência de uma máquina ideal é dada por:
eficiência (e) = T2
T1
Onde as temperaturas, T1 e T2, são as dos "reservatórios" quente e
frio, respectivamente, entre as quais a máquina opera. Nesta escala de
temperaturas, uma máquina térmica cujo reservatório mais frio é zero grau
operará com eficiência máxima de 100%. [11]
8 Material Utilizado
1 Balde 16 Litros
1 Balde 3,5 Litros
1 Mangueira 2m
7 Torneiras de Filtro
2 Suportes de Madeira
1 Tubo de PVC de 1 metro
2 Caps
2 Placas Metálicas Circulares
4 Placas Metálicas Semi-Circulares
16 Elementos de Antena
1 Cola PVC
1 Cola Durepoxi
10 Pregos
1 Martelo
1 Furadeira
1 Aquecedor de Água
8.1 Orçamento do Projeto
6 Torneiras de Filtro – R$13,85
Serragem – R$5,00
Tubo de PVC – R$ 9,00
2 Caps – R$4,00
1 Cola PVC – R$1,00
1 Cola Durepoxi – R$2,28
Aquecer de Água -R$6,00
Tinta – R$20,00
Selador – R$10,00
9 Procedimento Experimental
Foram adicionados 10 litros de água em um recipiente contendo um
aquecedor elétrico, que por sua vez foi ligado na tomada, e ao decorrer um
tempo de aproximadamente 5 minutos, mediu-se com um termometro sua
temperatura inicial, ou seja, a temperatura em que a água entrará no
trocador de calor, onde já havia recebido uma quantidade a cerca de 8
litros de água já resfriada.
Ao abrir a torneira do recipiente contendo a água aquecida, ligou-se
um trasnformador de enegia, para que a bomba aclopada a uma mangueira
ligada tanto na saida do recipiente como também na entrada do trocador,
funciona-se com uma voltagem de 12 volts, fazendo com que a água entre com
uma certa velocidade, facilitando a entrada em todos os orificios de dentro
do transferidor.
Quando a água, que entrara quente, saiu do trocador de calor para
outro recipiente, tinha mudado de temperatura, fazendo com que realiza-se a
troca de temperatura, concluindo assim o objetivo do trabalho. Logo após
esse procedimento, é realizado os cálculos para obter sua eficiência
térmica.
10 Análise dos Dados Coletados
"Medida"T1 "T2 " t(s) "
" "(°C) "(ºC) " "
"1 "50 "28* "25 "
"2 "45 "26 "90 "
"3 "43 "29 "60 "
"4 "42 "28 "60 "
"5 "41 " 35**"42 "
"6 "39 "27 "35 "
"7 "42 "29 "35 "
"8 "50 "30 "25 "
"9 "60 "35 "32 "
"10 "55 "32 "41 "
OBS 1: Percebe-se que quanto maior for à vazão com a entrada da água, o
processo realizado em períodos de curta duração, ocorrerá uma pequena troca
térmica.
OBS 2: Assim que a água saiu do trocador, entrando no segundo recipiente,
constatou-se que a temperatura final era bastante baixa nos primeiros
instantes, porém, à medida que se realizava o processo de transferência
térmica, juntamente com aumento da massa final, a temperatura se elevou.
____________________________________________________________________________
____________
*A primeira temperatura de troca foi bastante considerável. Isso se deve
por ter
colocado água bastante gelada dentro do trocador.
** A troca de calor reduziu, em relação às outras medições, devido à
temperatura
de dentro do trocador não estar mais gelada.
Cálculo das Médias das tempetaturas
Média das temperaturas T1 (ºc)
50+45+43+42+41+39+42+50+60+55 = 467 = 46,7 ºC
10. 10
Média das temperaturas T2 (ºc)
28+26+29+28+35+27+29+30+35+32 = 299 = 29,9 ºC
10 10
Cálculo da eficiência do trocador de calor
e = T2 = 1 - 29,9 = 1 - 0,64 = 0,36 = 36%
T1 46,7
11 Considerações Finais
Na sua grande maioria os trocadores de calor desempenham um importante
papel nas mais variadas aplicações tecnológicas e pesquisa cientifica. Como
exemplo são as indústrias, onde são utilizados para aquecer ou resfriar
fluidos. São encontrados em diversas formas, como evaporadores,
recuperadores ou torres de refrigeração, entre muitos outros.
Nesse processo de permuta térmica, os trocadores de calor são também
utilizados como dispositivos de conforto ambiental, na produção ou
conservação de alimentos como na fabricação de bebidas destiladas. Porém
não são apenas encontrados trocadores de calor em empresas, no cotidiano
estamos rodeados deles, como é o caso dos radiadores dos automóveis, onde a
manutenção da temperatura adequada ao funcionamento dos motores é
conseguida através dos radiadores.
É possível atribuir uma infinidade de aplicações para este
dispositivo. Contudo a transferência otimizada e a conservação de energia
sob a forma de calor ainda é um desafio constante, sendo os trocadores de
calor mais eficientes e baratos uma necessidade.
Para a contínua facilidade de transferência térmica é necessário
manutenção constante, deixando que o projeto seja facilitado já que será
executada periodicamente, evitando incrustações, conseqüentemente
aumentando a resistência térmica e diminuindo a taxa de calor. Além do que
aumenta a taxa de transferência de calor, garantindo um progresso ainda
maior nos diversos ramos onde são aplicados.
12 Referências
[1] Disponível em:
Acesso em: 28 de out. de 2009
[2] Disponível em:
Acesso em: 28 de out. de 2009
[3] Disponível em:
Acesso em 28 de out. de 2009
[4] Disponível em:
Acesso em: 28 de out. de 2009
[5] Disponível em:
Acesso em: 28 de out. de 2009
[6] Disponível em:
Acesso em: 04 de nov. de 2009
[7] Telles, Pedro C. Silva. Vasos de Pressão. 2 ed. LTC, 1996
[8] Disponível em:
Acesso em: 05 de nov. de 2009
[9] Cartilha Petrobras "Fique Seguro". GEI/GQGI – Área de QSMS
[10] Disponível em:
Acesso em: 04 de nov. de 2009
[11] Disponível em: < http://www.fisica.uel.br/atomol/calor.html>
Acesso em: 30 de nov. de 2009
