Aula 23 Trocadores de Calor

8/16/2019 Aula 23 Trocadores de Calor

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Aula 23 – Trocadores de Calor

UFJF/Departamento de Engenharia de Produção eMecânica

Prof. Dr. Washington Orlando Irrazabal Bohorquez


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Trocadores de Calor

Definição:Os equipamentos usados para implementar a troca de calor entre dois

Trocadores de Calor .

Classificação de trocadores

de calor:

o emos c ass car os roca ores ediversas maneiras:I. Quanto ao modo de troca de calor;II. Quanto ao número de fluidos;III. Tipo de construção, etc.


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Trocadores de Calor

Classificação de trocadores de calor:


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Trocadores de Calor


Trocadores de calor de contato direto

• Neste trocador, os dois fluidos se misturam.

• Aplicações comuns de um trocador de contatodireto envolvem transferência de massa alémde transferência de calor

• Comparado a recuperadores de contato indireto

e regeneradores, são alcançadas taxas detransferência de calor muito altas

• Sua construção é relativamente barata.


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Trocadores de Calor


Trocadores de calor de contato direto

orres e res r amen o


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Trocadores de Calor


Trocadores de calor de contato indireto

Tipo de trocadores de transferência direta

• Neste tipo, há um fluxo contínuo de calor dofluido quente ao frio através de umaparede que os separa.

• Não há mistura entre eles, pois cada

separados.

• Este trocador é designado como umtrocador de calor de recuperação, ousimplesmente como um Recuperador .


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Tipo de trocadores de transferência direta

Trocadores de Calor Classificação de trocadores de calor:



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Trocadores de armazenamento

Trocadores de Calor



• Em um trocador de armazenamento, os ambos fluidospercorrem alternativamente as mesmas passagens detroca de calor .

• A superfície de transferência de calor geralmente é de umaestrutura chamada matriz .

• Para aquecimento, o fluido quente atravessa a superfíciede transferência de calor e a energia térmica é

. ,passa pelas mesmas passagens, a matriz “libera” aenergia térmica (em refrigeração o caso é inverso).

• Este trocador também é chamado regenerador .

• Podem ser dinâmicos ou estáticos.• Os estáticos não possuem partes móveis e consistem em

uma matriz através da qual passa alternadamente os fluidosquentes e frios.


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Trocadores de Calor



Trocador de calor regenerativo dinâmico


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Trocadores de Calor




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Trocadores tubulares

Trocadores de Calor


roca ores e carcaça e u o

• Este trocador é construído com tubos euma carcaça.

• Um dos fluidos passa por dentro dostubos, e o outro pelo espaço entre a

.

• São os mais usados para quaisquer capacidades e condições operacionais,tais como pressões e temperaturasaltas, atmosferas altamente corrosivas,fluidos muito viscosos, etc.


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Trocadores de Calor


roca or u o up o

• O trocador de tubo duplo consiste dedois tubos concêntricos.

• Um dos fluidos escoa pelo tubointerno e o outro pela parte anular entre tubos, em uma direção decon ra uxo.

• Este é talvez o mais simples de todosos tipos de trocador de calor pela fácilmanutenção envolvida. É geralmenteusado em aplicações de pequenascapacidades.


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Trocadores de Calor


Trocador de calor em serpentina

• Este tipo de trocador consiste em uma oumais serpentinas (de tubos circulares)ordenadas em uma carcaça.

• Uma grande superfície pode ser

utilizando as serpentinas.

• As expansões térmicas não são nenhumproblema, mas a limpeza é muitoproblemática.


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Trocadores de calor tipo placa

•

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construído com placas planas lisas ou comalguma forma de ondulações.

• Geralmente, este trocador não podesuportar pressões muito altas, comparadoao trocador tubular equivalente.

• São trocadores de calor tipo compactos. A razão entre a área de superfície de

transferência de calor e o volume dotrocador é maior que 700 m2/m3.

Exemplo: radiadores de automóveis(As/V=1100 m2/m3).


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Trocadores de calor tipo compactoRadiador

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Particularidades:Trocadores de calor de acordo

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Trocadores de calor de placa aletada

com o po e cons rução

o cons ru os e orma que a e asplanas ou onduladas são separadaspor chapas planas.

• Correntes cruzadas, contracorrente oucorrentes paralelas são arranjosfacilmente obtidos.


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Particularidades:Trocadores de calor de acordo

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com o tipo de construção

• São geralmente construídos com tuboscilíndricos ou chatos onde sãoinstaladas aletas.

• Suportam altas pressões.


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Particularidades:

Trocadores de calor de acordo com a disposição do escoamento

Trocadores de Calor


• Os fluidos quente e frio entram na mesmaextremidade do trocador de calor, fluem namesma direção e deixam juntos a outra

extremidade.Trocadores de calor em contracorrente

• Os fluidos quente e frio entram emextremidades opostas do trocador de calor

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e fluem em direções opostas

Trocadores de calor de correntes cruzadas

• Os fluidos, em geral, fluemperpendicularmente um ao outro.

• Na disposição em correntes cruzadas, oescoamento pode ser misturado ou nãomisturado.


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Particularidades:

Trocadores de calor de acordo com a disposição do escoamento

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Trocadores de calor de correntes

cruzadas

• Os fluidos, em geral, fluemperpendicularmente um ao outro.

• Na disposição em correntes cruzadas, oescoamento pode ser misturado ou nãomisturado.

multipasse

• A configuração em passes múltiplos éfrequentemente empregada em trocadoresde calor por intensificar a troca térmica.

• É possível uma grande variedade deconfigurações.


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Distribuição de temperatura nos trocadores de calor

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Coeficiente global de troca de calor - U

Uma etapa essencial, porém a mais imprecisa de qualquer análise detrocadores de calor é a determinação do coeficiente global de troca decalor . Este coeficiente é definido em função da resistência térmica total à

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transferência de calor entre dois fluidos.

Analogia entre resistência térmica e resistência elétrica

Nestas condições, o calor trocado foi escrito como:


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• Ao longo da operação normal de trocadores de calor, as superfícies estão sujeitasà deposição de impurezas dos fluidos, à formação de ferrugem ou a outrasreações entre o fluido e o material que compõe a parede.

• Isto, aumenta a resistência à transferência de calor entre os fluidos. Esse efeito


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pode ser levado em conta através da introdução de uma resistência térmicaadicional, conhecida por fator de deposição, R f .

• Aletas são adicionadas às superfícies expostas a um ou ambos os fluidos paraaumentar a área superficial, reduzem a resistência térmica à transferência decalor por convecção.

• Com a inclusão da deposição e as aletas, o coeficiente global de transferênciade calor pode ser escrito:

Os subscritos, c, h representam fluido frio e quente.

Rf é a resistência térmica devida a deposição de partículas na parede ("fouling factor ").

Rw (resistência térmica de condução) é desprezado. Paredes finas e materiais com altos k.

ηo - eficiência da superfície ou efetividade da temperatura de uma superfície aletada.

Ac e Ah são diferentes!!!


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• A eficiência da superfície ou efetividade da temperatura de umasuperfície aletada, ηo, é definida pela expressão:


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Sendo:

Eficiência da aleta (ηf ) Aletas planas:


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• A resistência térmica adicional devida a deposição de partículas na" "


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• Valores representativos do Coeficiente global de transferência de


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• O coeficiente global de transferência de calor pode ser determinado a


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e frio, dos fatores de deposição e superfícies aletadas.

• Para os trocadores de calor sem aletas, o coeficiente global de troca decalor é dado por:

• Lembre que a grande dificuldade está no calculo dos coeficientes deconvecção que depende de vários fatores.

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