Protótipo de trocador de calor

Abstract

O equipamento utilizado para efetuar o processo de transferência de energia térmica entre dois fluidos com temperaturas distintas é denominado trocador de calor. Neste dispositivo, ocorre a entrada e saída tanto do fluido a baixa temperatura quanto do fluido a alta temperatura. O modelo de trocador de calor mais comumente empregado em aplicações industriais é o de casco e tubos. Estes aparelhos são extensivamente aplicados em processos de aquecimento, resfriamento, vaporização e liquefação de fluidos. Trocadores deste tipo encontram ampla utilização nos setores de produção energética, indústria química, farmacêutica e petrolífera. Este estudo apresenta a abordagem metodológica e os fundamentos teóricos empregados na construção de um protótipo de trocador de calor do tipo casco e tubos, acompanhado de uma simulação computacional de uma rede de trocadores de calor. O dispositivo em questão promove a troca de calor através de um fluxo em contracorrente, no qual o fluido quente é introduzido no interior dos tubos de menor diâmetro, enquanto o fluido frio circula entre os tubos de cobre e o invólucro externo. São efetuadas aferições de temperatura nas zonas de entrada e saída, permitindo uma avaliação da eficiência obtida com o protótipo. Este arranjo possibilita uma análise detalhada do desempenho do trocador de calor, fornecendo dados valiosos para otimização de projetos futuros e aprimoramento de processos industriais que dependem da transferência eficiente de calor.

The equipment used to carry out the process of thermal energy transfer between two fluids with different temperatures is called a heat exchanger. In this device, both the low-temperature fluid and the high-temperature fluid enter and exit. The most used heat exchanger model in industrial applications is the shell and tube type. These devices are extensively applied in processes of heating, cooling, vaporization, and liquefaction of fluids. Exchangers of this type find wide use in the energy production, chemical, pharmaceutical, and oil and gas industries. This study presents the methodological approach and theoretical foundations employed in the construction of a shell and tube heat exchanger prototype, accompanied by a computer simulation of a heat exchanger network. The device in question promotes heat exchange through a counter-current flow, in which the hot fluid is introduced inside the smaller diameter tubes, while the cold fluid circulates between the copper tubes and the external shell. Temperature measurements are taken in the inlet and outlet zones, allowing an evaluation of the efficiency obtained with the prototype. This arrangement enables a detailed analysis of the heat exchanger's performance, providing valuable data for the optimization of future projects and improvement of industrial processes that depend on efficient heat transfer.