8/8/2019 Trocadores_de_calor_1

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TROCADORES DE CALOR

1. IntroduoComo discutimos ao longo do tpico Transferncia de calor,

freqentemente estamos interessados em transferir energia trmica deum sistema para a vizinhana ou entre partes de um sistema. Isto feito atravs de um equipamento, chamado de Trocador de Calor, muitocomum de ser encontrado em indstrias. Podemos classificar ostrocadores de diversas maneiras: quanto ao modo de troca de calor,quanto ao nmero de fluidos, tipo de construo, etc.

2. Calculo da transferncia de calor.

O principal objetivo trmico dos trocadores de calor adeterminao superficial necessria para transferir calor a umadeterminada razo, conhecidas as cargas e as temperaturas dos fluidos.Este trabalho facilitado pelo uso do coeficiente global de transmissode calor (U), sendo possvel determin-la pela equao geral:

T AU q =

onde T uma diferena mdia efetiva da temperatura para todo otrocador; e o coeficiente global de transmisso de calor proporcionalao inverso da soma das resistncias trmicas.

Logo temos para:

- parede plana

io hk LhU

/1//11

++=

- parede cilndrica

iioioooo hr r k r r r h

U //)]/ln([/1

1++

=

ooiioiii hr r k r r r h

U //)]/ln([/1

1++

=

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onde os ndices i e o representam as superfcies interna e externa,respectivamente. importante observar que a rea de conveco no a mesma no caso de uma parede cilndrica, portanto o coeficiente globale a rea superficial devem ser compatveis, isto , T AU T AU q iioo ==

Na literatura encontram-se valores aproximados para U para os fluidosmais comuns usados em trocadores de calor.

Fluido U (W/m2 K)leo para leo 170 312gua para gua 850 -1700Vapor para gua 993 3400Vapor para gases 28 284

3. Diferena de temperatura em um trocador de calor.

Antes de serem efetuados os clculos de transferncia de calor, enecessrio definir o termo de variao de temperatura. Para determin-lo devemos considerar que:- U constante ao longo de todo o trocador- O sistema adiabtico (ocorre troca de calor somente entre os doisfluidos)- as temperaturas do fluido so constantes em uma dada seotransversal- os calores especficos so constantes

com base nestas hipteses, a troca de calor entre os fluidos para umaseo infinitesimal pode ser escrita como:

dAT T U dq ch )( = e a e energia fornecida pelo fluido frio igual a recebida pelo fluidoquente;

hhhccc dT cmdT cmdq && ==

a partir destas equaes podemos deduzir em termos das diferenasterminais de temperatura a equao:

)/ln( 1212

T T T T

UAq

=

comparando-se as equaes nota-se que:

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lmT

T T

T T T =

=

)/ln( 12

12

Esta diferena mdia efetiva chamada diferena media logartmica detemperatura. A equao valida para trocadores de calor de placa emcontracorrente, trocador de tubo duplo com correntes paralelas oucontracorrente.

Exemplo :

Numa planta de processamento de alimentos, uma soluo de salmoura aquecida de -12 oC at -6,5 oC num trocador de tubo duplo por meio degua entrando a 30 oC e saindo a 20 oC com uma descarga de 0,15 kg/s.se o coeficiente global de transmisso de calor 850 W/m2K, qual area necessria do trocador de calor para: (a) correntes paralelas e (b)contracorrente?O calor transferido da gua dado por:

T cmq p = & onde cp = 4,18 x 103 J/kg K

W K kgK J skg q 33 1027,6)0,200,30(/1018,4/15,0 ==

(a) correntes paralelas

420,120,301 =+= T e 5,265,60,202 =+= T

66,33)42/5,26ln(

425,26)/ln( 12

12 =

=

=

T T T T

T

Logo2

2

3

219,066,33/850

1027,6m

K K mW W

T U q

Alm

=

=

=

(b) contracorrente

K T 5,365,60,301 =+= e K T 320,120,202 =+= K T 2,34=

A = 0,216 m 2