Sistemas térmicos

Engenharia Mecânica

Profa. Jacqueline Copettiwww.professor.unisinos.br/jcopetti

Sala C02 - 239

1. INTRODUÇÃO AOS TROCADORES DE CALOR

Trocadores de calor

Equipamentos que realizam a troca de calor entre doisfluidos que estão a diferentes temperaturas e separadosatravés de uma parede sólida

Os fluidos podem ser ambos fluidos de processo ou apenasum deles, neste caso:

Vapor d’água aquecimentoÁgua ou ar resfriamento

fluido 1

fluido 2

APLICAÇÕES - processos- Aquecimento e resfriamento (monofásico)Evaporação e condensação (com mudança de fase)

- Recuperação e rejeitação de calor, esterilização, pasteurização, fracionamento, destilação, cristalização;

- Combustão ou processos com reação química;

• Dispositivos mecânicos podem ser usados: trocador de superfície raspada (scraped), vasos agitados e reatores.

q

q

q

q

Resfriador: resfriamento de um fluido com água ou ar

Refrigerador: resfriamento de um fluido de processo utilizando a expansão de um fluido refrigerante

Aquecedor: aquecimento de um fluido utilizando, em geral, vapord’água

Condensador: transferência de calor de um vapor até a suacondensação parcial ou total

Evaporador: transferência de calor para um líquido até suavaporização parcial ou total

Refervedor: vaporizador que trabalha conectado ao fundo de umatorre de fracionamento

Gerador de vapor: vaporização e superaquecimento do vapord’água. Pode ocorrer aproveitando do calor de um fluido de processo.

Denominações

Seleção de trocadores de calor

Fatores a serem considerados

1. Exigências térmicas e hidráulicas

2. Máxima pressão e faixa de temperatura

3. Compatibilidade com fluidos e condições operacionais

4. Manutenção

5. Disponibilidade

6. Fatores econômicos

Processos/Operações

Aquecer, resfriar, evaporar, vaporizar, esterelizar, pasteurizar, congelar, fracionar, destilar, concentra, cristalizar, fundir, secar, ......

As incontáveis aplicações e os inúmeros processos levam à necessidade de classificar os trocadores de calor.

Classificação

I. Quanto ao processo de transferência de calor

∆T

M = matrix

II. Quanto ao contato entre as correntes

Recuperadores

Regeneradores

III. Quanto ao número de correntes

IV. Quanto à razão área de troca/volume

V. Quanto à construção

VI. Quanto à disposição das correntes

VII. Quanto ao mecanismo de transferência de calor

Trocador de calor duplo tubo

Escoamento: Paralelo

Escoamento: Contracorrente

Duplo tubo com tubo

helicoidal

Trocador de calor casco e tubos

Um passe no casco e um passe nos tubos

Um passe no casco e dois passes nos tubos

Trocador de calor

casco e tubos

Feixe de tubos

Aplicado a resfriamento de

óleos, condensadores, pré-

aquecedores de plantas de

potência , geradores de vapor

em plantas nucleares, em

processos e aplicações da

indústria química

Trocadores casco

e tubos

Intensificação da transferência de calor

Tubos aletados externamente

Tubos micro aletados

(ranhurados) internamente

Tubos aletados, aletas,

dissipadores, dispositivos

internos para os tubos

Trocador de calor tubo - aleta

Trocadores aletados

Evaporadores e condensadores a ar

Trocadores tubo-aleta e “placa” aleta

Trocadores aletados

Trocadores de calor “placa (com micro canais)” e aletas

Plate-coil

Trocadores para ar condicionado automotivo - “placa (com

micro canais)” e aletas

Evaporadores de grande porte

Trocadores de placas

brasado

s

placas

• Elevado h e ∆p

• Minimiza formação de depósitos

• Compactos e leves

• Temperaturas e pressões limitadas

• Aplicados para correntes líquidas

Trocadores a placas como condensador

e evaporador de um sistema de

refrigeração

Trocador Casco e tubos

Trocador a placas

equivalente25% menor

∆p menor

40 – 50% mais leve

Comparação TC placas e casco e tubos

Trocador de calor em espiral

Aplicado a: líquidos viscosos, líquidos com

sólidos em suspensão, incluindo pastas

Elevada transferência de calor e

redução de depósitos

Trocadores de calor compactos e micro trocadores de calor

Condensação sobre feixe de tubos de trocadores de calor

Tubos de calor

- transferência de calor por Contato direto (ar-água)

- resfriamento de grandes quantidades de água

- Transferência de calor e massa

Torre de resfriamento