Act 12 . Os Trocadores de Calor Em Tranf Calor, EST

7/23/2019 Act 12 . Os Trocadores de Calor Em Tranf Calor, EST

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Escola Superior de Tecnologia – EUniversidade do Estado do Amaz

Os trocadores de calor em Transfde Calor Coordenação/curso Tecnologia e

!anutenção !ec"nica#$rofessor %r#C# &eonardo Aguiar Tr

Escola Superior de Tecnologia – EST

Plano de Ensino



Os trocadores de calor

Transferência de calo

O('etivo

Esta(elecer as (ases f)sicas e matem*ticaidentificação e seleção dos trocadores de transferência de calor+ assem como os c*mesmos#



!odos de transferência de calor

1. Condução: (ocorre em sólidos e depepropriedades dos materiais e forma).

2. Convecção: (ocorre em fluídos [líquidose depende das propriedades dos fluíd

configuraç!es por onde circulam os me". #adiação: (ocorre por meio de

eletromagn$ticas% inclusive no v&cuo e

das caraterísticas do elemento emissor)



Onde ocorrem os processos de transfer

' maioria dos processos nas plantas de elaoração dnas plantas produtoras de energia são realiados p

trocas ou transfer*ncia de calor entre sustancencontram a diferentes temperaturas% com diferentesagregação. +les ocorrem em aparel,os dT-OCA%O-ES %E CA&O-#

+m alguns casos particulares este equipo receem depend*ncia do processo que ele realie.

+-emplo: erador de vapor% Condensadores% evrefreadores% serpentinas% torres de refrigeração% e



Tipos de trocadores de calor .TC

0# Atendendo a forma de 1uncionamento ode operação

2# Seguem direção ou movimento dos fluido

3# Atendendo 4 função 5ue realiza

6# Agentes de troca de calor

7# Caracter)sticas construtivas#

8# Seguem o n9mero de passos#

:# Etc#



Tipos de trocadores de calor .TC0# Atendendo a forma de 1uncionamento ou principio de oA# E5uipes de superf)cie /ão aqueles equipamentos em que os agentes

encontram0se separados por uma parede e não se misturam entre si. atravessa a parede% e sua troca sempre est& vinculada a uma superfície

. +quipamentos recuperativos (a transfer*ncia de calor ocorre entreparede).

. +quipamentos regenerativos: o processos de transfer*ncia ocorre fluido quente entrega o calor na superfície e esta armaena0lo e

mesmo no fluido frio.;# E5uipamentos de contato direto ou de mistura ' troca de calor efet

do fluido quente ao fluido frio% sem que e-ista uma superfície que sepimplica que 4unto com o calor % tam$m e-iste troca de massa% e que a rno processo de troca de calor se4a mínima% pois não e-iste parincrustaç!es em ela depositada. +-. 5orres de resfriamento e refreadores




0# Atendendo a forma de 1uncionamento ode operação

A# E5uipes de superf)cie

;# E5uipamentosdireto ou de m




2# Seguem direção ou movimento dos fluido

'. 5C em correntesparalelas: s dois fluidosvão na mesma direção.

6. 5C em correntes odois fluidos vão emoposta um de outro

< mais eficie




3# Atendendo 4 função 5ue realiza.+sta $ uma classificação pouco rigorosa% pois sdiferentes a equipamentos nos quais efetua0seprocesso% só porque o o4etivo que se persegmesmo.

+-. equipo no qual efetua0se:

'. aquecimento de um fluido se denomina 7 'qu6. nde realia0se o resfriamento de um fluido 7#eC. nde se produ a evaporação de um líquido% 7+9. nde se realia a destilação de uma mistura 79

+. +tc.



Tipos de trocadores de calor .TC6# Agentes de troca de calor . s agentes de troca de calor são aquelas sustancias que

processo de troca de calor % o fluido quente que entrega caloque asorve0o.. +m depend*ncia do processo industrial que se analise

diferentes tipos de agentes de transmissão de calor% o fluicomo tam$m são con,ecidos.

+ntre os agentes de maior uso industrial estão:

. ases de e-austão.. apor de &gua.. ;gua.. <leo lurificante.. /oluç!es.

. =isturas líquidas.




7# Caracter)sticas construtivas#

A# %uplo Tu(o /ão formados por dois tuos c>elo interior do tuo do primeiro (mais internofluido e% no espaço entre as superfícies e-terna dinterna do segundo% passa o outro fluido. ' &reacalor $ a &rea do primeiro tuo.

=A>TA?E>S E %ES=A>TA?E> 5em as vantagens de ser sim

reduido e de ter fadesmontagem para limpea e

grande inconveniente $ a

de troca de calor




7# Caracter)sticas construtivas#;# Serpentina /ão formados por um tuo enrolado na for

formando a serpentina% a qual $ colocada em umrecipiente. ' &rea de troca de calor $ &rea da serpentina&rea de troca de calor que o anterior e tem grande faplicação usado principalmente quando se quer aqueceran,o.




7# Caracter)sticas construtivas#C# !ultitu(ular ou casco@tu(os /ão formados por um

paralelos contidos em um tuulação cilíndrico denomin?m dos fluidos (fluido dos tuos) escoa pelo interienquanto que o outro (fluido do casco) escoa por fordentro do casco.




8# Seguem o n9mero de passos#A# %e um passe ?m fluido d& um passe quando perc

o comprimento do trocador .

;# %e m9ltiplos passes ?m fluido d& mais de uinterior do trocador de calor.

'umentando o n@mero de passes% para a mesma &redo trocador% aumenta a velocidade do fluido e portantode película% com o consequente aumento da troca de ca

>or$m% isto dificulta a construção e limpea e encarece




8# Seguem o n9mero de passos#A# %e um passe ?m fluido d& um passe quando p

ve o comprimento do trocador .

;# %e m9ltiplos passes ?m fluido d& mais de uinterior do trocador de calor.

O ' t l t d t d d l



O pro'eto completo de trocadores de calorsu(dividido em três fases principais ' an&lise t$rmica.

pro4eto mecAnico preliminar.

pro4eto de faricação.

Beste curso ser& enfocada a an&lise t$rmica% que determinação da &rea de troca de calor requerida% dadas as

escoamento e temperaturas dos fluidos. pro4eto mecAnico envolve consideraç!es sore press!es ede operação% características de corrosão% resist*ncia de mat

pro4eto de faricação requer a tradução das característica

físicas em uma unidade que possa ser construída a um ai-o



An*lise trmico de trocadores de ca

0# O primer elemento a ter em considera

determinação do calculo do &rea de transfcalor $ a determinação de la diferencia temperatura.

.Como a variação de temperatura ao longo d

não $ linear% para retratar a diferença temperatura entre os fluidos $ usada entãogarítmica das 9iferenças de 5emperatura (=

. ' utiliação da m$dia aritm$tica para situaç!




0# O primer elemento o valor da =$dia og9iferenças de 5emperatura (=95).

Onde:ΔTmax, min – são as diferencia

temperatura na entrada e valor máximo e mínimo secasso

MLDT T T

T

T

= −∆ ∆

∆

∆

max min

max

minln



An*lise trmico de trocadores de ca0# O primer elemento o valor da =$dia ogarítmica das

5emperatura (=95).

. 's diferenças de temperatura entre os fluidos nas e-tremidadpara o caso de correntes paralelas% são: (5efq 0 5eff ) que $ s(5ma-) e (5sfq 0 5sff ) que $ sempre mínima (5min). Bo caso de corr

. 's diferenças de temperatura nas e-tremidades (5efq 0 5sff

podem ser m&-ima (5ma-) ou mínima (5min ) dependendo específicas de cada caso.

. flu-o de calor transferido entre os fluidos em um trocadorproporcional H diferença de temperatura m$dia entre os fluidos

.Bo trocador de calor de correntes opostas a diferença de temos fluidos não varia tanto% o que acarreta em uma diferença Como consequ*ncia% mantidas as mesmas condiç!es% o tro

traal,ando em correntes opostas $ mais eficiente.




0# O primer elemento o valor da =$dia og9iferenças de 5emperatura (=95).

A *li t i d t d d




2# O segundo elemento a ter em consideradeterminação do calculo do &rea de transfer*nciadeterminação do Calor 3ntercamiado BD.

. ' primeira equação fundamental para o c&lculo trocadores de calor $ a equação de alanço t$rmico

nde:mfq% ff Iflu-o m&ssico dos fluidos quente e frio (JgE,),e%f (fq%ff) I entalpia de entrada e saída dos fluidos quente e frio (JKEJg)

Lperdas I efici*ncia das perdas no trocador de calor

perdas F G+H




2# O segundo elemento a ter em consideradeterminação do calculo do &rea de transfer*nciadeterminação do Calor 3ntercamiado BD.

. ' segunda equação fundamental para o c&lculo trocadores de calor $ a equação de transfer*ncia de

nde

– coe#ciente glo$al de transfer%ncia de calor

MLDT*A*UQ=

+

=

++

−=

∑∑==

n

1i.Int.Conv

in

.Ext.Conv

n

1i nn

n

.Int.Conv

extint

h 1

T(*A

A*h 1A*h 1

TTQ

A*k L

An*lise trmico de trocadores de calor



An*lise trmico de trocadores de calor

2# O segundo elemento c&lculo de BD.

Como o o4etivo do equipamento cilindro e esf$ricos $ facilitar a tromateriais usados são de parede fina (r int N r e-t). >ortanto% as &reas

interna e e-terna dos tuos são apro-imadamente iguais% ou se4a% 'int

Conv.Ext.Conv.Int.

Conv.Ext.Conv.Int.

Conv.Ext.

n

1i n

n

Conv.Int.

h

1

h

1U

0cond

R

esferaecilindroEm

h

1

condR

h

1U

lanaarede

h

1

h

1U

1

1

!

L

1

+

=

≈

++

=

++

=

∑=



An*lise trmico de trocadores de ca2# O segundo elemento c&lculo de BD.

nde:? I coeficiente gloal de transfer*ncia de calor (OEm2PC) ' I &rea de transfer*ncia de calor (m2)=95 I 9iferencia =$dia ogarítmica das 5emperatura (PC).

>ara um trocador de

A F a I ( I n

nde:a I largura da placa% I cumprimento da pn I n@meros de placa

EJ$-ESSKO ?

>ara trocadores de calor de tuos:

A F L I dm I & I n I znde:dm 0 diAmetro m$dio dos tuos% [m I cumprimento do tuo% [mn I n@mero de tuos em um paço I n@mero de paços.

MLDT*A*UQ=




.Com o tempo% vão se formando incrustaç!es nas stroca de calor por dentro e por fora dos tuos.

.+stas incrustaç!es (su4eira ou corrosão) vão sigresist*ncia t$rmica adicional H troca de calor.

.Q por ele que $ necess&rio ter em consideincrustaç!es ou resist*ncias ao passo do calor atrav$s de O 1ATO- 1U&M?E!#

A *li i d d d




.O 1ATO- 1U&M?E! .-d#

nde:#di% de I fator de fuligem interno

(OEm2PC) são otidos de-perimental.

R h

1

h

1

LMDT*AQ

d

extint

++

=

R R R dedid +=h

1

h

11U

extint

d

++

=

LDTM*A*UQ d=

A *li t i d t d d




Tipo de 1luido 1ator 1uligem . N/m2

;gua do mar R%RRRF I R%RR1apor de &gua R%RR1

íquido refrigerante R%RR2

'r industrial R%RR2

<leo vegetal R%RRR"

<leo comustível R%RRF

<leo de transformador R%RR19iesel R%RR2 I R%RR"

asolina R%RR1

;gua do rio R%RR1 I R%RRS

;gua tratada R%RRRF I R%RR1

;gua R%RR2 I R%RRF

A *li t i d t d d




+m o caso de que o trocador de calor t*m mais de

valor de =95 tem que afetar0se ou corrigir0se por umou fator de correção (Tt) então queda:

s valores do fator 7Tt8 são otidos em &acos em função das ra!e7/8 e 7#8. >ara cada configuração de trocador e-iste um &aco.

EIpressão fin

T F MLDT c MLDT *=

eff ff

f!ef!

eff ef!

eff ff

TT

TTR e

TT

TT"

−

−=

−

−=

#*LDTM*A*UQtd

=

A *li t i d t d d




Trocador de calor de casco e tu(os

A *li t i d t d d




Trocador de calor de um passo e fluIo transversal

EIerc)cio 0



EIerc)cio 0+m um trocador de calor duplo tuo R%1F JgEs de &g(cpU S%1V1 JKEJgW ) são aquecidos de SR PC para VR

quente $ óleo e o coeficiente gloal de transfer*ncia do trocador $ 2FR OEm2W. 9etermine a &rea de troca dóleo entra a 1RF PC e sai a XR PC

Solução EIerc)cio 0



Solução EIerc)cio 0%ados

5rocador de calor de duplo tuo

fluido frio $ a &gua

ma U R%1F JgEs de &gua

cpaU S%1V1 JKEJgW

5ea U SR PC

5sa U VR PC.

fluido quente $ o óleo5eo U 1RF PC

5so U XR PC

?d U 2FR OEm2W

' U Y (/uperficial)

Calor receido pela &

Calculo de =95:

( )d U

A MLDT AU Q #*** T =⇒=

( )

k$1(%&k)1(%&Q

TT**mQ eaa +aa

===

−=

∆

∆

T

T

min

max

= −

= −

1'&

-' .




Solução EIerc)cio 0C&lculo de =95

/lide "S

K

T

T

T T MLDT .%(%-

%&

/'

ln

%&/'

lnmin

max

minmax =

−

=

∆∆

∆−∆=

&/('.'01'&

.'0,'==

−

−=

eff efq

eff sff

T T

T T S

,-&('.','

-'1'&=

−

−=

−

−=

eff sff

sfqefq

T T

T T R

C*lculo do fator de correção



C*lculo do fator de correção

Trocadpasso




Solução EIerc)cio 0C*lculo da *rea superficial

5emos que desen,ar o BTrocador de CalorD em fudiAmetro de tuo por onde circula o óleo e seu comp

( ) T d F LMTDU

Q A

**

=

%11.(. m A =

,('*.%(%-*%&'

%&1''= A

EIerc)cio proposto



EIerc)cio propostoComprovar a *rea superficial de um trocador de csua casa+ universidade ou tra(alPo#

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