Aula 23 –Trocadores de Calor - UFJF

1 Aula 23 Trocadores de CalorUFJF/Departamento de Engenharia de Produ o e Mec nicaProf. Dr. Washington Orlando Irrazabal BohorquezTrocadores de CalorDefini o:Osequipamentosusadosparaimplementaratr ocadecalorentredoisfluidosoumaissujeitos adiferentestemperaturass odenominadosfluidosoumaissujeitosadifere ntestemperaturass odetrocadoresdecalor: ; merodefluidos; o, de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de Calor de contato direto Nestetrocador,osdoisfluidossemisturam. Aplica escomunsdeumtrocadordecontatodiretoenvol vemtransfer nciademassaal mdetransfer nciadecalor Comparadoarecuperadoresdecontatoindireto Comparadoarecuperadoresdecontatoindireto eregeneradores,s oalcan adastaxasdetransfer nciadecalormuitoaltas Suaconstru o de resfriamentoTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de Calor de contato diretoTorres de resfriamentoTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de Calor de contato indiretoTipo de trocadores de transfer ncia direta Nestetipo,h umfluxocont nuodecalordofluidoquenteaofrioatrav sdeumaparedequeossepara.

2 N oh misturaentreeles,poiscadacorrentepermane ceempassagenscorrentepermaneceempassagen sseparados. Estetrocador designadocomoumtrocadordecalorderecupera o, de trocadores de transfer ncia diretaTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de Calor de contato indiretoTrocadores de armazenamentoTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de Calor de contato indiretoTrocadores de armazenamento Emumtrocadordearmazenamento,osambosfluid ospercorremalternativamenteasmesmaspassa gensdetrocadecalor. Asuperf ciedetransfer nciadecalorgeralmente deumaestruturachamadamatriz. Paraaquecimento,ofluidoquenteatravessaas uperf ciedetransfer nciadecaloreaenergiat rmica , ,quandoofluidofriopassapelasmesmaspassag ens,amatriz libera aenergiat rmica(emrefrigera oocaso inverso). Estetrocadortamb m chamadoregenerador. Podemserdin micosouest ticos. Osest ticosn opossuempartesm veiseconsistememumamatrizatrav de armazenamentoTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de Calor de contato indiretoTrocadordecalorregenerativodin micoTrocadordecalorregenerativodin micoTrocadores de armazenamentoTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de Calor de contato indiretoTrocadordecalorregenerativodin micoTrocadores tubularesTrocadores de carca a e tuboTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadores de carca a e tubo Este trocador constru do com tubos e uma carca a.

3 Um dos fluidos passa por dentro dos tubos, e o outro pelo espa o entre a carca a e os tubos. carca a e os tubos. S oosmaisusadosparaquaisquercapacidadeseco ndi esoperacionais,taiscomopress esetemperaturasaltas,atmosferasaltamente corrosivas,fluidosmuitoviscosos, tubo duploTrocadores tubularesTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocador tubo duplo Otrocadordetuboduploconsistededoistubosc onc ntricos. Umdosfluidosescoapelotubointernoeooutrop elaparteanularentretubos,emumadire Este talvezomaissimplesdetodosostiposdetrocad ordecalorpelaf cilmanuten oenvolvida. geralmenteusadoemaplica tubularesTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocador de Calor em serpentina Estetipodetrocadorconsisteemumaoumaisser pentinas(detuboscirculares)ordenadasemum acarca a. Umagrandesuperf ciepodeseracomodadaemumdeterminadoespa oacomodadaemumdeterminadoespa outilizandoasserpentinas. Asexpans est rmicasn os onenhumproblema,masalimpeza muitoproblem de Calor tipo placa Estetipodetrocadornormalmente Trocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor : Estetipodetrocadornormalmente constru docomplacasplanaslisasoucomalgumaformade ondula es.

4 Geralmente,estetrocadorn opodesuportarpress esmuitoaltas,comparadoaotrocadortubulare quivalente. S otrocadoresdecalortipocompactos. S otrocadoresdecalortipocompactos. Araz oentrea readesuperf ciedetransfer nciadecaloreovolumedotrocador maiorque700m2/m3. Exemplo:radiadoresdeautom veis(As/V=1100m2/m3).Trocadores de Calor tipo compactoRadiadorTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Particularidades:Trocadores de Calor de acordo com o tipo de constru oTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadoresdecalordeplacaaletada S oconstru dosdeformaquealetascom o tipo de constru o S oconstru dosdeformaquealetasplanasouonduladass oseparadasporchapasplanas. Correntescruzadas,contracorrenteoucorren tesparalelass :Trocadores de Calor de acordo com o tipo de constru oTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadoresdecalordetuboaletadocom o tipo de constru oTrocadoresdecalordetuboaletado S ogeralmenteconstru doscomtuboscil ndricosouchatosondes oinstaladasaletas.

5 Suportamaltaspress :Trocadores de Calor de acordo com a disposi o do escoamentoTrocadoresdecalordecorrentespa ralelasTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadoresdecalordecorrentesparale las Osfluidosquenteefrioentramnamesmaextremi dadedotrocadordecalor,fluemnamesmadire Osfluidosquenteefrioentramemextremidades opostasdotrocadordecalorefluememdire esopostas18efluememdire esopostasTrocadoresdecalordecorrentescru zadas Osfluidos,emgeral,fluemperpendicularment eumaooutro. Nadisposi oemcorrentescruzadas,oescoamentopodeserm isturadooun :Trocadores de Calor de acordo com a disposi o do escoamentoTrocadores de CalorClassifica o de trocadores de Calor :Trocadoresdecalordecorrentescruzad as Osfluidos,emgeral,fluemperpendicularment eumaooutro. Nadisposi oemcorrentescruzadas,oescoamentopodeserm isturadooun de Calor de escoamento em Trocadores de Calor de escoamento em multipasse Aconfigura oempassesm ltiplos frequentementeempregadaemtrocadoresdecal orporintensificaratrocat rmica.

6 Poss velumagrandevariedadedeconfigura o de temperatura nos trocadores de calorTrocadores de CalorCoeficiente global de troca de Calor -U Umaetapaessencial,por mamaisimprecisadequalqueran lisedetrocadoresdecalor adetermina definidoemfun odaresist nciat rmicatotal Trocadores de definidoemfun odaresist nciat rmicatotal transfer entre resist ncia t rmica e resist ncia el tricaNestas condi es, o Calor trocado foi escrito como: Aolongodaopera onormaldetrocadoresdecalor,assuperf ciesest osujeitas deposi odeimpurezasdosfluidos, forma odeferrugemouaoutrasrea esentreofluidoeomaterialquecomp eaparede. Isto,aumentaaresist ncia transfer global de troca de Calor -U Trocadores de Calor podeserlevadoemcontaatrav sdaintrodu odeumaresist nciat rmicaadicional,conhecidaporfatordedeposi o,Rf. Aletass oadicionadas ssuperf ciesexpostasaumouambososfluidosparaaumen tara reasuperficial,reduzemaresist nciat rmica transfer nciadecalorporconvec o.

7 Comainclus odadeposi oeasaletas,ocoeficienteglobaldetransfer nciadecalorpodeserescrito:Os subscritos, c, hrepresentam fluido frio e a resist ncia t rmica devida a deposi o de part culas na parede ("foulingfactor").Rw(resist nciat rmicadecondu o) o-efici nciadasuperf cieouefetividadedatemperaturadeumasuperf Ahs o diferentes!!! Aefici nciadasuperf cieouefetividadedatemperaturadeumasuperf ciealetada, o, definidapelaexpress o:Coeficiente global de troca de Calor -U Trocadores de CalorSendo:Efici ncia da aleta ( f )Aletas planas: Aresist nciat rmicaadicionaldevidaadeposi odepart culasnaparede("foulingfactor") dadanatabelaaolado:Coeficiente global de troca de Calor -U Trocadores de Calorparede("foulingfactor") dadanatabelaaolado: ValoresrepresentativosdoCoeficientegloba ldetransfer nciadecalorencontramseresumidosnatabelaa baixo:Coeficiente global de troca de Calor -U Trocadores de Calorcalorencontramseresumidosnatabelaab aixo: Ocoeficienteglobaldetransfer nciadecalorpodeserdeterminadoapartirdoco nhecimentodoscoeficientesdeconvec onosfluidosquenteCoeficiente global de troca de Calor -U Trocadores de Calorpartirdoconhecimentodoscoeficientes deconvec onosfluidosquenteefrio,dosfatoresdedepos i oesuperf ciesaletadas.

8 Paraostrocadoresdecalorsemaletas,ocoefic ienteglobaldetrocadecalor dadopor: Lembrequeagrandedificuldadeest nocalculodoscoeficientesdeconvec oquedependedev riosfatores.