Trocadores de Calor

Trocadores de Calor

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1) Condições operacionais especiais: Podemos ter 3 condições especiais de funcionamento de trocadores

1) Quando a capacidade calorífica do fluido quente é muito maior que do fluido frio Neste caso Ch tende para o infinito quando temos uma condensação. Graficamente teremos uma reta paralela de temperatura do fluido quente ao eixo dos x.

2) Quando a capacidade calorífica do fluido frio é muito maior que do fluido quente Neste caso Cc tende para o infinito quando temos uma evaporação. Graficamente teremos uma reta paralela de temperatura do fluido frio ao eixo dos x.

3) Quando a capacidade calorífica do fluido quente e frio são iguais e sua diferença de temperatura é igual

Teremos graficamente duas retas de temperaturas paralelas entre si.

através da formula:

Este coeficiente se define em termos da resistência térmica total à transferência de calor entre os dois fluidos. Durante a operação normal de um trocador de calor, as superfícies ficam sujeitas a incrustações de impureza dos fluidos , à formação de 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. Estes dois efeitos podem ser incluídos nos cálculos deste coeficiente

Método do NUT

É uma questão simples o uso do método dTml para analizar um trocador de calor quando as temperaturas de entrada dos fluidos são conhecidas e as temperaturas de saída ou são especificadas ou se determinam com facilidade pelas espressões do balanço de energia. Mas quando se conhecem somente as temperaturas de entrada este método exige um processo iterativo. Neste caso é preferível usar uma outra abordagem, o método denominado efetividade- NUT.

Novamente não apresentaremos as deduções matemáticas das fórmulas utilizadas, por fugir do escopo do presente trabalho. As necessárias serão apresentadas suscintamente, fornecendo apenas o necessário para a compreensão do trabalho e o cálculo efetivo de um trocador.

Para definir a efetividade de um trocador de calor, devemos determinar inicialmente a taxa máxima possível de transferência de calor, qmáx , no trocador.

onde Cmín é o menor dos dois valores

A efetividade é definida como a razão entre a taxa real de transferência de calor no trocador de calor e a taxa máxima possível de transferência de calor,

Se a efetividade e as temperaturas de entradas forem conhecidas, a taxa real de transferência de calor pode ser determinada pela expressão

Para qualquer trocador pode-se mostrar que onde o NUT é um admensional (número de unidades de transferência que se define como

A questão final e crucial para aplicação deste método é relacionar a efetividade e o NUT, assim pode-se resolver qualquer problema específico com facilidade e rapidez. Tais relações estão apresentadas abaixo em duas tabelas. Usa-se a mais conveniente.

Em muitos casos é possível e conveniente para maior rapidez e comodidade utilizar os gráficos que relacionam diretamente efetividade e NUT, mesmo com um pequeno prejuizo na precisão dos cálculos.

Abaixo relacionados os gráficos para os casos mais comuns:

Aplicações de Trocadores de Calor

Os trocadores de calor desempenham papel importante nas diversas áreas do conhecimento e pesquisa científica e aplicações tecnológicas.

recuperadores

Na indústria são usados para aquecer ou resfriar fluidos para usos diversos. São encontrados sob a forma de torres de refrigeração, caldeiras, condensadores, evaporadores, leito fluidizado,

Dispositivos de conforto ambiental e conservação de alimentos, como condicionadores de ar, aqucedores de água domésticos e frigoríficos se baseam fundamentalmente em trocadores de calor.

A produção de bebidas destiladas utiliza esta tecnologia; alambiques, por exemplo. A comercialização de outras, ídem; chopeiras, por exemplo.

A manutenção da temperatura adequada ao funcionamento dos motores de automóveis é conseguida através de radiadores.

Podemos imaginar uma infinidade de aplicações para este dispositivo; a transferência otimizada e a conservação de energia sob a forma de calor é um desafio constante; trocadores de calor mais eficientes e baratos uma necessidade.

Não poderíamos deixar de lembrar que a facilidade de manutenção é uma condicionante do projeto, já que deverá ser executada periodicamente para garantir a eficiência do trocador; incrustações aumentam a resistência térmica, diminuem a taxa de troca de calor, portanto devem ser retiradas.

Torres de Refrigeração

Condensadores Evaporadores

Aquecedores

Radiador Manutenção de um Trocador

* INCROPERA, Frank P.; WITT, David P. Fundamentos de Transferência de Calor e Massa, LTC, Rio de Janeiro, 1992. * KERN, Donald Q. Processos de Transmissão de Calor, Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1980, 671p. * BEJAN, Adrian. Transferência de Calor, Edgard Blücher Ltda, São Paulo, 1996.

* STOECKER, Wilbert F. Refrigeração e Ar Condicionado, McGraw-Hill, São Paulo, 1985.

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