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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