Roberto Mac Intyer Simes

macintyer@fem.unicamp.br

TPICOS

Princpios de operao dos trocadores de calor;

Classificao de trocadores de calor;

O coeficiente global de transferncia de calor;

Trocador de calor com correntes paralelas;

Trocadores de calor com correntes contrrias.

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Trocador de Calor um dispositivo utilizado paraimplementar a troca de calor entre dois fluidos queesto a diferentes temperaturas.

Aplicaes:

Aquecimento de ambientes;

Condicionamento de Ar;

Produo de potncia;

Recuperao de calor perdido;

Processamento qumico.

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CONCEITOS E DEFINIES

Trocadores de calor so tipicamente classificados de acordocom o arranjo do escoamento e o tipo de construo.

A transferncia de calor pode se efetuar de quatromaneiras:

Pela mistura dos fluidos;

Em recuperadores;

Em regeneradores (pr-aquecimento do ar combusto);

Pelo contato entre os fluidos.

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CONCEITOS E DEFINIES

m1 m2 m

C1 C2 C

T1 T2 T=?

Ex.: Aquecedor de gua de alimentao em ciclos de potncia regenerativos.

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TC PELA MISTURA DOS FLUIDOS

Recuperadores: Tem como caracterstica principal uma parede que separa os fluidos.

Podem se classificar em diversos tipos:

Quanto utilizao no processo;

Quanto construo;

Quanto as correntes dos fluidos;

Outros.

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TC EM RECUPERADORES

2.1 Tipos principais quanto utilizao no processo:

a) Chiller: resfria um fluido at temperaturasinferiores s obtidas, usando ar ou gua comofluido refrigerante.

b) Condenser: converte vapor de processo, total ouparcialmente em lquido.

c) Cooler: resfria um fluido at a temperatura dofluido refrigerante (sempre ar ou gua).

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TC EM RECUPERADORES

d) Evaporator: vaporiza parte da gua paracondensar solues aquosas.

e) Heat exchanger: trocadores de calor propriamentedito quando no h presena de chama e troca calorentre duas correntes do processo.

f) Heater: aquecimento de um fluido, sem que elemude de fase, usando uma utilidade como fontede calor.

g) Waste heat boiler: aproveita uma corrente quenteque seria jogada fora, para produo de vapor dgua.

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TC EM RECUPERADORES

h) Super heater: adiciona energia ou calor a um vapore eleva sua temperatura, acima de sua temperaturade saturao.

i) Vaporizer: transforma lquido em vapor, quando ofluido no gua.

j) Reboiler: vaporiza parcial ou totalmente umacorrente lquida proveniente do fundo de umacoluna de destilao, retornando a misturalquido+vapor, ou vapor, para a coluna.

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TC EM RECUPERADORES

2.2 Tipos quanto construo:

a) Double pipe: o trocador mais simples, no qual osfluidos quente e frio se movem nas mesmas direesou opostas, em uma construo de tubo concntricoou duplo tubo. Tem maior rea de troca; utilizadopara produtos sujos; necessita altas presses.

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TC EM RECUPERADORES

b) Shell and tube (Trocador de carcaa multitubularou trocador de casco e tubo): Formas especficasdiferem de acordo com o nmero de passes nocasco e tubo.

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TC EM RECUPERADORES

Chicanas (Baffles) so frequentemente instaladas paraaumentar o coeficiente de conveco do fluido dolado do casco pela induo da turbulncia e umcomponente de velocidade do escoamento cruzado.

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TC EM RECUPERADORES

O aumento do trajeto do fluido nos tubos faz aumentara velocidade do escoamento;

As chicanas transformam o escoamento e o faz sercruzado no casco, aumentando sua velocidade;

O uso de chicanas e o aumento do trajeto nos tuboscontribuem para a melhora da troca de calor.

OBS: Correntes em linha ou contracorrente; Fluido

quente sempre pelos tubos; Com 1 a 8 trajetos nostubos (1, 2 ou 4 so usuais); Sem ou com chicanas;

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TC EM RECUPERADORES

Um passe no casco e dois passes nos tubos:

Dois passes no casco e quatro passes nos tubos:

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TC EM RECUPERADORES

2.3 Quanto s correntes dos fluidos:

Correntes em linha (correntes paralelas): Os fluidosquente e frio entram na mesma extremidade, escoamna mesma direo e saem na mesma extremidade.

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TC EM RECUPERADORES

Correntes contrrias (contra corrente): Os fluidosentram em extremidades opostas, escoam emdirees opostas e saem em extremidades opostas.

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TC EM RECUPERADORES

Correntes cruzadas: So conhecidos dois arranjos usuais:

a) Aletado com os dois fluidos no misturados: a temperatura de sada dos fluidos no uniforme;so utilizados com fluidos gasosos.

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TC EM RECUPERADORES

b) Aletado com um fluido misturado e o outro no-misturado: um dos fluidos se mistura aoatravessar o trocador; usa o ar como fluido deresfriamento; normalmente os tubos so aletados.

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TC EM RECUPERADORES

2.4 Outros tipos:

a) Trocador de calor de placas: Consiste de uma sriede placas corrugadas justapostas formando trajetosentre si, por onde escoam os fluidos quente e frio.

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TC EM RECUPERADORES

2.4 Outros tipos:

b) Caixas resfriadoras ou aquecedoras: Suprir ouremover calor de um fluido.

c) Tubos de calor: Consiste de um tubo, revestidointernamente por material poroso e um ncleo ocono centro; O tubo contm um fluido condensvel; Olquido se movimenta no meio poroso por efeitocapilar; H uma troca de calor intensa numa reapequena.

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TC EM RECUPERADORES

Regeneradores: O calor alternadamente fornecido eretirado das paredes e enchimentos do equipamento,atravs de escoamentos sucessivos dos fluidos quente efrio.

Tipos:

Estacionrio;

Rotativo.

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TC EM REGENERADORES

Pelo contato entre os fluidos: Dois fluidos, umlquido e outro gasoso, escoam pela mesma passagem,simultaneamente, sendo que a transferncia de calor acompanhada por uma transferncia de massa.

Na prtica: Lquido gua e Gasoso ar mido

Dependendo do estado do ar mido e datemperatura da gua, podemos ter:

a) Resfriamento da gua (Torre de resfriamento);

b) Resfriamento e desumidificao do ar;

c) Resfriamento e umidificao de ar.

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TC PELO CONTATO ENTRE OS FLUIDOS