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MÁQUINAS TÉRMICAS

AT-101

Universidade Federal do Paraná

Curso de Engenharia Industrial Madeireira

Dr. Alan Sulato de Andrade

alansulato@ufpr.br

TROCADORES DE CALOR

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TROCADORES DE CALOR

DEFINIÇÃO:

Trocadores de calor são dispositivo utilizados para

realizar processos da troca térmica entre dois fluidos

em diferentes temperaturas. Estes processos são

comuns em muitas aplicações da Engenharia.

Podemos utilizá-los no aquecimento e resfriamento de

ambientes, no condicionamento de ar, na produção de

energia, na recuperação de calor e no processo

químico.

TROCADORES DE CALOR

DEFINIÇÃO:

Normalmente, os dois fluidos são separados por

paredes sólidas, sendo chamados de superfícies de

troca. No caso de fluidos imiscíveis, as paredes

sólidas podem ser dispensadas, sendo chamados de

contato direto.

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TROCADORES DE CALOR

SEPADADOS POR PAREDES:

Vapor com

alta temperatura

Vapor com

baixa temperatura

Fluído com ganho

de temperatura

Fluído de entrada

com baixa temperatura

Troca térmica

TROCADORES DE CALOR

CONTATO DIRETO:

Fluído de aquecimento

de alta temperatura

Troca térmica

Fluído de aquecimento

de baixa temperatura

Densidades ≠

Fluído aquecido

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TROCADORES DE CALOR

CLASSIFICAÇÃO:

Normalmente os trocadores de calor (TC) são

classificados pelo:

Arranjo do escoamento;

Correntes Paralelas;

Correntes Contrárias ou Opostas;

Correntes Cruzadas;

Tipo construtivo;

Duplo tubo, Casco tubo, Placas, Compactos,

Tubos aletados, etc;

TROCADORES DE CALOR

CORRENTES PARALELAS:

Nesse tipo de trocador de calor, o fluido quente e o

frio entra pelo mesmo lado do trocador e escoam no

mesmo sentido. Conforme os fluidos escoam, há a

transferência de calor do fluido quente para o frio.

Usualmente estão associados a trocadores tipo duplo

tubo;

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TROCADORES DE CALOR

CORRENTES PARALELAS:

TROCADORES DE CALOR

CORRENTES OPOSTOS:

Nesse tipo de trocador de calor, o fluido quente entra

por um lado e o frio entra pelo lado oposto. O

escoamento ocorre em sentidos opostos. Apresenta

uma maior eficiência global quando comparado com o

de corrente paralela.

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TROCADORES DE CALOR

CORRENTES OPOSTOS:

TROCADORES DE CALOR

CORRENTES CRUZADAS:

Nesse tipo de trocador de calor, o escoamento são

perpendiculares entre si. Nesse tipo de trocador

podemos tem um escoamento não misturado e

misturado. Esse fato pode influenciar

significativamente o desempenho do trocador de

calor.

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TROCADORES DE CALOR

CORRENTES CRUZADAS:

Fluido não misturado: Há dispositivos (aletas) que

inibem o movimento do fluxo cruzado na direção do

escoamento.

TROCADORES DE CALOR

CORRENTES CRUZADAS:

Fluido misturado: Nesse caso, o fluido pode escoar em

todas as direções.

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TROCADORES DE CALOR

CASCO TUBO:

É o trocador de calor mais comum nas industrias.

Simplicidade de operação, construção e manutenção

são suas características principais. Essencialmente é

composto por um grande tubo externo e um feixe de

tubos internos. Podem ser adicionadas defletores para

melhorar as características de troca térmica. Passes

simples ou múltiplos passes.

TROCADORES DE CALOR

CASCO TUBO:

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TROCADORES DE CALOR

CASCO TUBO:

Passes simples

TROCADORES DE CALOR

CASCO TUBO:

Múltiplos passes.

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TROCADORES DE CALOR

PLACAS:

Os canais são formados por placas paralelas

separadas por aletas. Há diversas configurações para

esse tipo de TC, sendo que cada um tem uma

aplicação mais recomendada. Usualmente são

utilizados quando um dos fluidos de troca térmica é

gás.

TROCADORES DE CALOR

PLACAS:

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TROCADORES DE CALOR

TUBOS ALETADOS:

São constituídos de tubos com aletas. As aletas

podem ser internas ou externas. São comumente

utilizados em câmaras de secagem de madeira. São

chamados de radiadores.

TROCADORES DE CALOR

COMPACTOS:

São aqueles que possuem uma grande área de troca

ocupando um pequeno volume. Possuem arranjos

densos de tubos aletados ou placas. São tipicamente

usados quando um dos fluidos é gás.

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TROCADORES DE CALOR

TRANSFERENCIA DE CALOR:

Tipicamente, em um trocador de calor ocorre:

Troca de calor por convecção na superfície interna e

externa da parede sólida,

Troca por condução na parede.

TROCADORES DE CALOR

TRANSFERENCIA DE CALOR:

Rad

Rad

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TROCADORES DE CALOR

CÁLCULO DE UM TROCADOR DE CALOR:

Os problemas de projeto, análise e ou

desenvolvimento de um trocador de calor para uma

finalidade específica podem ser classificados em dois

grupos principalmente: problema de projeto e

problema de desempenho. A solução de um problema

é facilitada pela adoção do método mais adequado a

ele.

TROCADORES DE CALOR

CÁLCULO DE UM TROCADOR DE CALOR:

O problema de projeto é o da escolha do tipo

apropriado de trocador de calor e o da determinação

da área superficial de transferência de calor.

Método MLDT (Média Logarítmica das diferenças de

Temperatura)

Método -NUT (Números de unidades de

Transferência)

O uso do método MLDT é facilitado com o

conhecimento das temperaturas de alimentação e de

saída dos fluidos quente e frio.

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TROCADORES DE CALOR

COEF. GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Este coeficiente se define em termos da resistência

térmica total à transferência de calor entre os dois

fluidos. As superfícies ficam sujeitas a incrustações de

impureza dos fluidos, ferrugem e a outras reações

entre os materiais do fluido e das paredes,

aumentando assim a resistência à transferência de

calor entre os fluidos, influindo assim, neste

coeficiente. As aletas, por aumentarem a área

superficial diminuem a resistência a transferência

convectiva de calor, influindo assim no coeficiente

global de transferência de calor.

TROCADORES DE CALOR

PONTOS COMPLEMENTARES.

NÃO DISCUTIDOS EM AULA.

QUAIS ASPECTOS PODEM IMPACTAR

DIRETAMENTE A EFICIÊNCIA DOS TROCADORES

DE CALOR?