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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
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