MÁQUINAS TÉRMICAS AATT-056056 - UFPR · 2015. 4. 29. · Fluido misturado: Nesse caso, o fluido pode escoar em todas as direções. 29/11/2010 8 TROCADORES DE CALOR CASCO TUBO:

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MÁQUINAS TÉRMICASMÁQUINAS TÉRMICASATAT--056056

Universidade Federal do ParanáUniversidade Federal do ParanáCurso de Engenharia Industrial MadeireiraCurso de Engenharia Industrial Madeireira

M.Sc. Alan Sulato de Andrade M.Sc. Alan Sulato de Andrade

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TROCADORES DE CALOR TROCADORES DE CALOR

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TROCADORES DE CALORTROCADORES DE CALOR

DEFINIÇÃO:

� Trocadores de calor são dispositivo utilizados pararealizar processos da troca térmica entre dois fluidosem diferentes temperaturas. Estes processos sãocomuns em muitas aplicações da Engenharia.Podemos utilizá-los no aquecimento e resfriamento deambientes, no condicionamento de ar, na produção deenergia, na recuperação de calor e no processoquímico.


DEFINIÇÃO:

� Normalmente, os dois fluidos são separados porparedes sólidas, sendo chamados de superfícies detroca. No caso de fluidos imiscíveis, as paredessólidas podem ser dispensadas, sendo chamados decontato direto.

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SEPADADOS POR PAREDES:

Vapor comalta temperatura

Vapor combaixa temperatura

Fluído com ganhode temperatura

Fluído de entradacom baixa temperatura

Troca térmica


CONTATO DIRETO:

Fluído de aquecimentode alta temperatura

Troca térmica

Fluído de aquecimentode baixa temperatura

Densidades ≠

Fluído aquecido

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CLASSIFICAÇÃO:

� Normalmente os trocadores de calor (TC) sãoclassificados pelo:Arranjo do escoamento;� Correntes Paralelas;� Correntes Contrárias ou Opostas;� Correntes Cruzadas;

Tipo construtivo;� Duplo tubo, Casco tubo, Placas, Compactos,

Tubos aletados, etc;


CORRENTES PARALELAS:

� Nesse tipo de trocador de calor, o fluido quente e ofrio entra pelo mesmo lado do trocador e escoam nomesmo sentido. Conforme os fluidos escoam, há atransferência de calor do fluido quente para o frio.Usualmente estão associados a trocadores tipo duplotubo;

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CORRENTES PARALELAS:


CORRENTES OPOSTOS:

� Nesse tipo de trocador de calor, o fluido quente entrapor um lado e o frio entra pelo lado oposto. Oescoamento ocorre em sentidos opostos. Apresentauma maior eficiência global quando comparado com ode corrente paralela.

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CORRENTES OPOSTOS:


CORRENTES CRUZADAS:

� Nesse tipo de trocador de calor, o escoamento sãoperpendiculares entre si. Nesse tipo de trocadorpodemos tem um escoamento não misturado emisturado. Esse fato pode influenciarsignificativamente o desempenho do trocador decalor.

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CORRENTES CRUZADAS:

� Fluido não misturado: Há dispositivos (aletas) queinibem o movimento do fluxo cruzado na direção doescoamento.


CORRENTES CRUZADAS:

� Fluido misturado: Nesse caso, o fluido pode escoar emtodas as direções.

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CASCO TUBO:

� É o trocador de calor mais comum nas industrias.Simplicidade de operação, construção e manutençãosão suas características principais. Essencialmente écomposto por um grande tubo externo e um feixe detubos internos. Podem ser adicionadas defletores paramelhorar as características de troca térmica. Passessimples ou múltiplos passes.


CASCO TUBO:

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CASCO TUBO:

Passes simples


CASCO TUBO:

Múltiplos passes.

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PLACAS:

� Os canais são formados por placas paralelasseparadas por aletas. Há diversas configurações paraesse tipo de TC, sendo que cada um tem umaaplicação mais recomendada. Usualmente sãoutilizados quando um dos fluidos de troca térmica égás.


PLACAS:

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TUBOS ALETADOS:

� São constituídos de tubos com aletas. As aletaspodem ser internas ou externas. São comumenteutilizados em câmaras de secagem de madeira. Sãochamados de radiadores.


COMPACTOS:

� São aqueles que possuem uma grande área de trocaocupando um pequeno volume. Possuem arranjosdensos de tubos aletados ou placas. São tipicamenteusados quando um dos fluidos é gás.

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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.


TRANSFERENCIA DE CALOR:

Rad

Rad

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CÁLCULO DE UM TROCADOR DE CALOR:

� Os problemas de projeto, análise e oudesenvolvimento de um trocador de calor para umafinalidade específica podem ser classificados em doisgrupos principalmente: problema de projeto eproblema de desempenho. A solução de um problemaé facilitada pela adoção do método mais adequado aele.


CÁLCULO DE UM TROCADOR DE CALOR:

� O problema de projeto é o da escolha do tipoapropriado de trocador de calor e o da determinaçãoda área superficial de transferência de calor.

� Método MLDT (Média Logarítmica das diferenças deTemperatura)

� Método ε-NUT (Números de unidades deTransferência)

� O uso do método MLDT é facilitado com oconhecimento das temperaturas de alimentação e desaída dos fluidos quente e frio.

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COEF. GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

� Este coeficiente se define em termos da resistênciatérmica total à transferência de calor entre os doisfluidos. As superfícies ficam sujeitas a incrustações deimpureza dos fluidos, ferrugem e a outras reaçõesentre os materiais do fluido e das paredes,aumentando assim a resistência à transferência decalor entre os fluidos, influindo assim, nestecoeficiente. As aletas, por aumentarem a áreasuperficial diminuem a resistência a transferênciaconvectiva de calor, influindo assim no coeficienteglobal de transferência de calor.


PONTOS COMPLEMENTARES.NÃO DISCUTIDOS EM AULA.

� QUAIS ASPECTOS PODEM IMPACTARDIRETAMENTE A EFICIÊNCIA DOS TROCADORESDE CALOR?

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