Desenvolvimento e avaliação do desempenho de um protótipo de trocador de calor casco tubo

Abstract

Trocadores de calor são equipamentos utilizados para realizar o processo de troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas, separados por uma superfície sólida. Se apresentam em diferentes modelos, com diferentes geometrias e utilidades. Neste trabalho, teve-se como objetivo realizar a construção e avaliar o desempenho de um protótipo, em escala laboratorial, de um trocador de calor casco e tubo com dois passes nos tubos, para uso didático no Instituto Federal do Rio Grande do Sul - Campus Feliz. Para isso, foi empregada uma abordagem metodológica que envolveu a utilização do software AutoCAD para a concepção das peças do trocador de calor, seguida pela impressão tridimensional das peças em um material plástico do tipo acrilonitrila butadieno estireno (ABS). O protótipo foi montado utilizando um tubo de acrílico para representar o casco do trocador, enquanto doze tubos de alumínio foram inseridos em seu interior. Além disso, as flanges e chicanas necessárias foram impressas para completar a montagem do sistema operacional. Após a construção, avaliou-se o desempenho realizando testes em diferentes condições operacionais de vazão dos fluidos frio e quente, em que se variou a vazão do fluido frio de 1 a 8 L/min e a vazão do fluido quente em 4,8; 5,9 e 6,9 L/min. Com essas variações foi possível analisar parâmetros como a taxa de transferência de calor (Q), o coeficiente global de transferência de calor (U) e a diferença média logarítmica de temperatura entre os fluidos (DMLT). Os resultados obtidos neste trabalho foram concordantes com o que está disposto na literatura, sendo que se observou que o aumento de vazão do fluido frio de 1 a 8 L/min proporcionou um aumento na taxa de transferência de calor no casco e por consequência um aumento no coeficiente global experimental do casco. Por outro lado, a taxa de transferência de calor nos tubos não seguiu um padrão, sendo que na vazão constante de 1 L/min do fluido frio e a vazão do fluido quente variando de 4,8; 5,9 e 6,9 L/min observou-se uma taxa maior na vazão de 4,8 L/min e isso pode estar relacionado a perdas de calor ou formação de bolhas de ar durante o experimento. Apesar de alguns resultados terem apresentados desvios, foi possível desenvolver e disponibilizar à instituição um equipamento que poderá ser utilizado nas aulas experimentais. Através dessa implementação, os alunos terão a oportunidade de vivenciar na prática o que aprenderam na teoria, o que contribuirá significativamente para sua compreensão e assimilação dos conceitos.