Post on 07-Feb-2018
TROCADORES DE CALOR ALETADOS E/OU COMPACTOS
• Utilizado quando se necessita rejeitar calor a baixas temperaturas.
• Pode-se utilizar como meios de resfriamento: ÁGUA ou AR
• O uso do AR como meio de resfriamento tem as seguintes vantagens:
- está sempre disponível
- pode ser aplicado a baixas temperaturas
- não é corrosivo
- não causa incrustações nas condições usuais.
• Mas como desvantagens se pode citar:
- baixa condutividade térmica, massa específica e calor específico
- baixo coeficiente de transferência de calor convectivo
- maior volume é necessário para determinada quantidade de calor
• utilizam superfícies aletadas no exterior dos tubos para aumentar a área de troca
• têm forma geométrica larga e baixa do feixe de tubos devido ao volume de ar a ser deslocado, combinado com pequena perda de pressão admissível
• têm grandes áreas de captação de ar para a atmosfera
O trocador é classificado como compacto
quando possui uma relação área de
transferência de calor e o volume do
envelope da ordem de 1000
Valores cerca de 10 vezes maiores que
os encontrados em trocadores casco e
tubos.
compacidade
Aletas e tipos de trocadores aletados
Trocadores aletados tipo placa–aleta
Trocadores aletados tipo tubo–aleta
Exit
View A-A
H
L
B
B
Entrance BB
distribuidores
Tubos minicanais
Aletas
aletas
Trocadores aletados
Evaporadores e condensadores a ar
Trocadores tubo-aleta e “placa” aleta
Em trocadores de calor, o calor é transferido do fluido quente para o fluido frio.
Este processo pode ser associado a um circuito elétrico com resistências em
série. Estas resistências estão relacionadas aos seguintes processos:
• Convecção no lado do ar (ou do líquido que deve ser resfriado);
• Condução através das aletas e da parede do tubo;
• Convecção no lado do refrigerante.
Coeficiente global de transferência de calor - U
Refrigerante
Ar
Ae, ha e Te
Ai, hr e Tr
Temperatura do
refrigerante, Tr
Refrigerante
x
• As aletas são colocadas na superfície exposta ao AR para aumentar a área superficial e diminuir a resistência à transferência de calor convectiva
• <R >Q - condução tem pouca influência
- convecção controladora
• Com as aletas:
onde AT = área total de transferência de calor
(área da base sem aletas-Ab + área das aletas-Aa)
AT= Ab+Aa
• s = eficiência da superfície aletada (arranjo de aletas + superfície base onde elas estão)
• Tb - Tf = diferença de temperatura entre a base e o fluido
he
1Rcond
hi
1
T
R
TTUAq
)TT(hAq fbsT
ese
ife
seee
ifi
i
i
A
AR
Ah
ARcond
R
h
1
1U
max
ab
fbT
Ts
q
)qq(
)TT(hA
q
)1(
A
A1 a
T
as
Ae/Ai e
i
eese
A
Ah=K
he
he
s
Uso de aletas no lado do ar
- A resistência do lado do ar representa aproximadamente 90% da
resistência total. Desta forma, percebe-se que qualquer mudança
significativa no valor de U deva acontecer na resistência térmica no lado
do ar.
- As possibilidades são: aumento da relação entre áreas ou pela
elevação do coeficiente de transferência de calor, he.
- A elevação do coeficiente de transferência de calor, he, apresenta como
inconveniente o aumento da potência do ventilador, uma vez que a
velocidade do ar é o parâmetro a ser afetado (a potência varia com o cubo
da velocidade).
ie AA /
Definição do coeficiente de calor do lado externo aletado (gás), he
hGD
Re 3/2PrStj
pGc
hSt
k
cPr
p
Definições para o cálculo do coeficiente de transferência de calor
(lado externo aletado)
vazão mássica
Amin área mínima de passagem do escoamento
Afr área frontal da matriz ou trocador
u∞ velocidade a montante do trocador
razão entre áreas (valor tabelado)
maxmin
fr
min
uu
A
Au
A
mG
m
fr
min
A
A
Definições para o cálculo do coeficiente de transferência de calor
(lado externo aletado)
4 vezes o volume de passagem
sobre a área de troca
L comprimento do trocador ou matriz
A área total de troca térmica
razão área de troca/volume (valor tabelado)
u∞ velocidade a montante do trocador
β
σ4
A
LA4D min
h
Eficiência das aletas
c
ca
mL
)mLtanh(
kA
hPm
atotal
aletasg η1
A
A1η
Eficiência do
conjunto
De seção uniforme:
Seção retangular e
Seção circular
De seção não uniforme
2/12/3 kAp/hLc
2/12/3 kAp/hLc
(%)ηa
(%)ηa
Schmidt (1945) propôs uma equação empírica para a determinação da
eficiência de uma aleta circular de espessura uniforme
φmr
)φmrtanh(η
1
1a
1
2
1
2
r
rln35,011
r
rφ
aη
mL
r2 – raio da aleta
r1 - raio do tubo
Aproximação para a determinação da eficiência de uma aleta plana, com
cálculo do raio equivalente (req) em lugar do raio da aleta circular (r2)
Para arranjo de tubos ordenado (retângulo)
Selecionar L de forma que este seja sempre maior ou igual a M (L>=M)
Para arranjo de tubos alternado (hexágono)
2/1
1
eq)2,0β(ψ28,1
r
r
1r
Mψ
M
Lβ
2/1
1
eq)3,0β(ψ28,1
r
r
Perda de carga no lado do AR através das aletas
Diferença de temperatura média para
arranjo CRUZADO: FTT cc,mlml
Efetividade do arranjo CRUZADO