Detalhes do Trabalho
Título do Trabalho
Modelagem de Trocadores de Calor segundo o Método de Kern
Autor(es)
Guilherme Rodrigues Schabbach, Fernanda Raquel Brand
Nível / Modalidade
Graduação / Ensino
Resumo

Trocadores de calor são equipamentos largamente utilizados nas indústrias de extração de petróleo, beneficiamento de alimentos, processos de produção de produtos químicos, etc. É um dos principais componentes de motores de combustão interna, refrigeradores e aparelhos de ar condicionado. Suas características construtivas podem variar significativamente conforme o tipo de aplicação desejada. Tais mudanças resultam em variações do tipo de projeto de trocador mais indicado para cada aplicação. Dentre os métodos para o cálculo térmico de um trocador de calor destaca-se o método de Kern, sendo a maioria dos trocadores de calor projetados utilizando softwares comerciais, de uso restrito. Deste modo, neste trabalho foi desenvolvida uma interface computacional para o projeto de um trocador de calor casco e tubo, utilizando um software educacional. Este pode ser usado em disciplinas de graduação, facilitando assim a compreensão sobre o dimensionamento de trocadores, devido à dificuldade que o dimensionamento dos mesmos representa. O objetivo do trabalho é através do software, desenvolver uma metodologia de cálculo específica para trocadores de calor casco e tubo. Essa metodologia será baseada na literatura do assunto, utilizando o método desenvolvido nos trabalhos de Kern. O equacionamento necessário ao dimensionamento foi feito utilizando o software MatLab®. Através de uma interface de fácil utilização, é possível realizar o dimensionamento do trocador, através da inserção de algumas características principais, sendo elas, características geométricas (tamanho do trocador, diâmetro dos tubos...), bem como do fluido utilizado no processo (tipos de fluido, coeficiente de calor...). Após a revisão bibliográfica sobre o assunto, definindo qual o melhor modelo de equacionamento a ser utilizado, o cálculo foi realizado através da divisão em passos, visando facilitar a compreensão dos resultados. Os passos foram desenvolvidos da seguinte maneira: Cálculo do balanço térmico; cálculo do LMTD (diferença de temperatura média logarítmica) e da temperatura corrigida de trabalho; determinação do fluido que vai na carcaça e no tubo; determinação preliminar do número de tubos; determinação do número de passagens dos tubos; determinação do diâmetro interno do casco; verificação da perda de carga nos tubos; determinação do valor do coeficiente global de projeto Ud. De maneira a validar a interface foram utilizados exemplos da literatura, sendo realizada uma análise dos dados obtidos, bem como quais fatores são maiores fontes de distorção na eficiência do trocador. Entre elas pode se citar o número de tubos do trocador e o número de passagens, fonte de aumento de pressão, o que pode resultar em baixa eficiência de troca e excesso de custos na parte construtiva. Será demonstrado quais mudanças devem ser realizadas visando uma maior eficiência do trocador, através da comparação de características geométricas, e como a eficiência dos mesmos pode ser afetada por esses fatores.

Palavras-Chave
trocador de calor casco e tubo, método Kern, software educacional.