Sobre trocadores de calor, coloque
se a alternativa é verdadeira e
se é falsa, corrigindo a frase.
( ) Os trocadores de duplo tubo ou tubos concêntricos são adequados para serviços cuja área de troca térmica requerida seja grande.
( ) O trocador de calor de superfície raspada encontra grande aplicação em processos térmicos de produtos viscosos que escoam com pequena velocidade na região anular do trocador.
( ) O trocador de calor casco e tubos 1-1 apresenta pior transferência de calor do que o trocador de calor casco e tubos 1-2.
( ) Um trocador de calor casco e tubos é usado para aquecimento de caldo de cana-de-açúcar usando vapor de água e foi escolhido passar o caldo de cana-de-açúcar na carcaça pela alta viscosidade e o vapor dentro dos tubos por estar no estado gasoso.
( ) O trocador de calor de placas apresenta tendência baixa de incrustação, em razão da turbulência baixa em que os fluidos se encontram.
( ) Os trocadores de duplo tubo ou tubos concêntricos são adequados para serviços cuja área de troca térmica requerida seja grande.
( ) O trocador de calor de superfície raspada encontra grande aplicação em processos térmicos de produtos viscosos que escoam com pequena velocidade na região anular do trocador.
( ) O trocador de calor casco e tubos 1-1 apresenta pior transferência de calor do que o trocador de calor casco e tubos 1-2.
( ) Um trocador de calor casco e tubos é usado para aquecimento de caldo de cana-de-açúcar usando vapor de água e foi escolhido passar o caldo de cana-de-açúcar na carcaça pela alta viscosidade e o vapor dentro dos tubos por estar no estado gasoso.
( ) O trocador de calor de placas apresenta tendência baixa de incrustação, em razão da turbulência baixa em que os fluidos se encontram.
Passo 1
O que o exercício pede: marcar cada uma das cinco afirmações com
(verdadeira) ou
(falsa) e, quando falsa, apresentar a frase corrigida.
Enunciado — cinco frases a serem avaliadas (vou enumerar mentalmente 1 a 5 seguindo a ordem dada no enunciado). Não vou resolver nada aqui, só deixo claro o pedido.
Enunciado — cinco frases a serem avaliadas (vou enumerar mentalmente 1 a 5 seguindo a ordem dada no enunciado). Não vou resolver nada aqui, só deixo claro o pedido.
Passo 2
Primeiro conceito útil para interpretar a primeira frase: como se determina a área necessária de um trocador? A equação básica que relaciona a área de troca
com a potência térmica
é
onde:
-
é a taxa de calor a ser transferida (por exemplo, em W); -
é o coeficiente global de transferência de calor (W/m²·K), que depende das resistências térmicas internas e externas e do escoamento; -
é a área de troca térmica (m²); -
é a diferença de temperatura média logarítmica entre os fluidos (LMTD), que depende das temperaturas de entrada/saída dos dois fluidos.
Explicação intuitiva: para obter grandenum trocador muito simples (como duplo tubo), você precisaria muitas voltas/metros de tubo ou muitos trocadores em paralelo — o que fica pouco prático e caro. Troca de calor em grande escala costuma usar equipamentos com área específica alta por unidade de volume (ex.: casco-e-tubos com muitos tubos, ou trocador de placas com muitas placas).
Passo 3
Avaliação da frase 1 (trocadores de duplo tubo): a frase afirma que os duplo tubo são adequados quando a área requerida seja grande. Com base no raciocínio do passo 2, isso é incorreto: trocadores de duplo tubo são simples, compactos apenas para baixas ou moderadas áreas/taxas térmicas; para grandes áreas usa-se casco-e-tubos ou placas.
Correção curta: “Os trocadores de duplo tubo ou tubos concêntricos são adequados para serviços cuja área de troca térmica requerida seja pequena ou moderada; para grandes áreas usam-se casco-e-tubos ou trocadores de placas.”
Correção curta: “Os trocadores de duplo tubo ou tubos concêntricos são adequados para serviços cuja área de troca térmica requerida seja pequena ou moderada; para grandes áreas usam-se casco-e-tubos ou trocadores de placas.”
Passo 4
Explicação e avaliação da frase 2 (superfície raspada): o trocador de superfície raspada tem um eixo rotor com lâminas que raspam a superfície interna do tubo/caneca, evitando formação de crostas e forçando mistura do produto mesmo quando o produto é viscoso e tende a escoar lentamente na região anular. Esse tipo de trocador é projetado exatamente para produtos viscosos, pegajosos ou que solidificam na parede, e funciona bem quando o escoamento natural seria lento na região anular — a raspagem cria renovação de filme e mistura. Portanto a frase é verdadeira — é mesmo aplicado em processos térmicos de produtos viscosos que, sem raspagem, teriam pequena velocidade na região anular.
Passo 5
Conceito para comparar trocadores casco-e-tubos 1-1 e 1-2: a notação “1-1”, “1-2” refere-se ao número de passes no casco e nos tubos (primeiro número = passes no casco, segundo = passes nos tubos). Se você aumenta o número de passes nos tubos você normalmente aumenta a velocidade média do fluido que circula nos tubos (mesma vazão atravessando menor comprimento útil por passe), o que aumenta o número de Reynolds e melhora o coeficiente convectivo interno
. Para escoamentos turbulentos costuma-se usar correlação do tipo
(com
típico em torno de
–
) — logo mais passes → maior velocidade → maior
→ melhor transferência térmica global
e maior
para mesma área/ΔT. Assim, um trocador 1-2 (dois passes nos tubos) tende a ter melhor transferência nos tubos que um 1-1, tudo o mais igual. A frase 3 afirma que 1-1 apresenta pior transferência que 1-2: essa afirmação é correta.
Passo 6
Avaliação e explicação da frase 4 (caldo de cana e vapor): há regras práticas de projeto para decidir qual fluido vai no casco e qual nos tubos. Dois pontos importantes:
- Fluidos muito viscosos ou com tendência à incrustação/fouling costumam ser colocados no lado dos tubos quando isso facilita limpeza e permite velocidades maiores (tubos têm menor diâmetro hidráulico, então para a mesma vazão a velocidade é maior, o que melhora o coeficiente convectivo).
- Vapor de utilidade (vapor saturado para aquecimento) é um fluido condensável; muitas vezes é preferível colocá-lo no lado onde a condensação e a remoção do condensado são mais fáceis — frequentemente isso é feito no casco (shell side) em muitas aplicações, embora existam casos em que o vapor entre pelos tubos; a escolha depende do projeto, mas a justificativa dada na frase (colocar o caldo na carcaça “pela alta viscosidade” e o vapor dentro dos tubos “por estar no estado gasoso”) está invertida em relação à regra de colocar fluido viscoso/fouling no lado dos tubos. Portanto a frase é falsa. Correção prática típica: “Num aquecimento de caldo de cana com vapor, costuma-se colocar o caldo (fluido viscoso / propenso à incrustação) no lado dos tubos para obter maiores velocidades e facilitar limpeza, e o vapor de condensação pode ser colocado na carcaça (shell) para permitir condensado adequado e boa distribuição do vapor.” (obs.: a disposição exata depende do projeto, mas a justificativa do enunciado está trocada.)
Passo 7
Avaliação e explicação da frase 5 (trocador de placas e incrustação): trocadores de placas têm canais rasgados/corrugados que geram altos gradientes de velocidade e grande turbulência (mesmo para números de Reynolds moderados) — isso aumenta a transferência convectiva e o cisalhamento na parede, reduzindo a tendência de incrustação. A frase diz que a baixa tendência de incrustação deve-se à baixa turbulência — isto é incorreto: a baixa incrustação deve-se justamente à alta turbulência e alto cisalhamento. Portanto a frase é falsa. Correção: “O trocador de calor de placas apresenta baixa tendência de incrustação em razão da elevada turbulência e do alto cisalhamento gerados nos canais entre placas.”
Passo 8
Resumo final do julgamento de cada item (breve recapitulação antes da resposta final):
1 — falso (duplo tubo é para pequenas/moderadas áreas).
2 — verdadeiro (superfície raspada é usada para produtos viscosos em baixa velocidade anular).
3 — verdadeiro (1-1 tem pior transferência que 1-2, porque menos passes → menor velocidade → menor ).
4 — falso (a frase inverteu a lógica; normalmente o caldo viscoso vai nos tubos e o vapor pode ir na carcaça; justificativa do enunciado está trocada).
5 — falso (placas têm baixa incrustação devido à alta turbulência, não baixa turbulência).
1 — falso (duplo tubo é para pequenas/moderadas áreas).
2 — verdadeiro (superfície raspada é usada para produtos viscosos em baixa velocidade anular).
3 — verdadeiro (1-1 tem pior transferência que 1-2, porque menos passes → menor velocidade → menor
4 — falso (a frase inverteu a lógica; normalmente o caldo viscoso vai nos tubos e o vapor pode ir na carcaça; justificativa do enunciado está trocada).
5 — falso (placas têm baixa incrustação devido à alta turbulência, não baixa turbulência).
Resposta
(F) Os trocadores de duplo tubo ou tubos concêntricos são adequados para serviços cuja área de troca térmica requerida seja pequena ou moderada; para áreas grandes usa‑se casco-e-tubos ou trocadores de placas.
(V) O trocador de calor de superfície raspada encontra grande aplicação em processos térmicos de produtos viscosos que escoam com pequena velocidade na região anular do trocador.
(V) O trocador de calor casco e tubos 1-1 apresenta pior transferência de calor do que o trocador de calor casco e tubos 1-2.
(F) Num trocador usado para aquecimento de caldo de cana com vapor, geralmente o caldo (fluido viscoso e com maior tendência a incrustação) é passado pelo lado dos tubos para aumentar velocidade e facilitar limpeza, enquanto o vapor de condensação costuma ser acomodado no lado da carcaça (a disposição exata depende do projeto).
(F) O trocador de calor de placas apresenta baixa tendência de incrustação em razão da elevada turbulência e do alto cisalhamento gerados nos canais entre placas.
(V) O trocador de calor de superfície raspada encontra grande aplicação em processos térmicos de produtos viscosos que escoam com pequena velocidade na região anular do trocador.
(V) O trocador de calor casco e tubos 1-1 apresenta pior transferência de calor do que o trocador de calor casco e tubos 1-2.
(F) Num trocador usado para aquecimento de caldo de cana com vapor, geralmente o caldo (fluido viscoso e com maior tendência a incrustação) é passado pelo lado dos tubos para aumentar velocidade e facilitar limpeza, enquanto o vapor de condensação costuma ser acomodado no lado da carcaça (a disposição exata depende do projeto).
(F) O trocador de calor de placas apresenta baixa tendência de incrustação em razão da elevada turbulência e do alto cisalhamento gerados nos canais entre placas.