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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#$rofessor %r#C# &eonardo Aguiar Tr
Escola Superior de Tecnologia – EST
Plano de Ensino
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Os trocadores de calor
Transferência de calo
O('etivo
Esta(elecer as (ases f)sicas e matem*ticaidentificação e seleção dos trocadores de transferência de calor+ assem como os c*mesmos#
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!odos de transferência de calor
1. Condução: (ocorre em sólidos e depepropriedades dos materiais e forma).
2. Convecção: (ocorre em fluídos [líquidose depende das propriedades dos fluíd
configuraç!es por onde circulam os me". #adiação: (ocorre por meio de
eletromagn$ticas% inclusive no v&cuo e
das caraterísticas do elemento emissor)
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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
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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#
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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
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Tipos de trocadores de calor .TC
0# Atendendo a forma de 1uncionamento ode operação
A# E5uipes de superf)cie
;# E5uipamentosdireto ou de m
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Tipos de trocadores de calor .TC
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
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Tipos de trocadores de calor .TC
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.
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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.
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Tipos de trocadores de calor .TC
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
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Tipos de trocadores de calor .TC
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.
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Tipos de trocadores de calor .TC
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.
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Tipos de trocadores de calor .TC
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$m% isto dificulta a construção e limpea e encarece
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Tipos de trocadores de calor .TC
8# Seguem o n9mero de passos#A# %e um passe ?m fluido d& um passe quando p
ve o comprimento do trocador .
;# %e m9ltiplos passes ?m fluido d& mais de uinterior do trocador de calor.
O ' t l t d t d d l
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O pro'eto completo de trocadores de calorsu(dividido em três fases principais ' an&lise t$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
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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!
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An*lise trmico de trocadores de ca
0# O primer elemento o valor da =$dia og9iferenças de 5emperatura (=95).
Onde:ΔTmax, min – são as diferencia
temperatura na entrada e valor máximo e mínimo secasso
MLDT T T
T
T
= −∆ ∆
∆
∆
max min
max
minln
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An*lise trmico de trocadores de ca0# O primer elemento o valor da =$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.
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An*lise trmico de trocadores de ca
0# O primer elemento o valor da =$dia og9iferenças de 5emperatura (=95).
A *li t i d t d d
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An*lise trmico de trocadores de ca
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
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An*lise trmico de trocadores de ca
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$al de transfer%ncia de calor
MLDT*A*UQ=
+
=
++
−=
∑∑==
n
1i.Int.Conv
in
.Ext.Conv
n
1i nn
n
.Int.Conv
extint
h 1
T(*A
A*h 1A*h 1
TTQ
A*k L
An*lise trmico de trocadores de calor
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An*lise trmico de trocadores de calor
2# O segundo elemento c&lculo de BD.
Como o o4etivo do equipamento cilindro e esf$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
+
=
≈
++
=
++
=
∑=
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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$dio dos tuos% [m I cumprimento do tuo% [mn I n@mero de tuos em um paço I n@mero de paços.
MLDT*A*UQ=
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An*lise trmico de trocadores de ca2# O segundo elemento c&lculo de BD.
.Com o tempo% vão se formando incrustaç!es nas stroca de calor por dentro e por fora dos tuos.
.+stas incrustaç!es (su4eira ou corrosão) vão sigresist*ncia t$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
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An*lise trmico de trocadores de ca2# O segundo elemento c&lculo de BD.
.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
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An*lise trmico de trocadores de ca2# O segundo elemento c&lculo de BD.
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
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An*lise trmico de trocadores de ca2# O segundo elemento c&lculo de BD.
+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
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An*lise trmico de trocadores de ca2# O segundo elemento c&lculo de BD.
Trocador de calor de casco e tu(os
A *li t i d t d d
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An*lise trmico de trocadores de ca2# O segundo elemento c&lculo de BD.
Trocador de calor de um passo e fluIo transversal
EIerc)cio 0
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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
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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 0
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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
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C*lculo do fator de correção
Trocadpasso
Solução EIerc)cio 0
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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