Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Modelagem de equipamentos térmicos
Trocadores de calor
Introdução
Equipamentos que realizam a troca de calor entre dois fluidos que estão a diferentes temperaturas e separados através de uma parede sólida. Os fluidos podem ser ambos fluidos de processo ou apenas um deles, neste caso: Vapor d’água aquecimento Água ou ar resfriamento
Trocadores de calor
Seleção vs. Simulação
Selecionar, projetar ou especificar um trocador de calor
Atender uma dada exigência decisão do tipo de TC e seus detalhes.
Devem ser conhecidas as vazões e as temperaturas de entrada e de saída de ambos fluidos.
O projetista deve selecionar a combinação de diâmetros, comprimento e número de tubos, número de passes, espaçamentos, aletas, etc.
Análise de um equipamento já existente, com dados conhecidos de área, coeficiente global de TC, etc.
Consiste em avaliar as condições de saída (temperaturas dos fluidos) para várias condições de entrada (temperaturas e vazões).
Aplicações - processos
Recuperação e rejeitação de calor: Aquecimento e resfriamento (monofásico) Evaporação e condensação (com mudança de fase)
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.
Aproveitamento de energia
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, vapor d’água;
Condensador: transferência de calor de um vapor até a sua condensação parcial
ou total;
Evaporador: transferência de calor para um líquido até sua vaporização parcial
ou total;
Refervedor: vaporizador que trabalha conectado ao fundo de uma torre de
fracionamento;
Gerador de vapor: vaporização e superaquecimento do vapor d’água. Pode
ocorrer aproveitando o calor de um fluido de processo.
Denominações
Fatores a serem considerados:
• Exigências térmicas e hidráulicas
• Máxima pressão e faixa de temperatura
• Compatibilidade com fluidos e condições operacionais
• Manutenção
• Disponibilidade
• Fatores econômicos
Seleção de trocadores de calor
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
Intensificação da transferência de calor
Tubos aletados externamente
Tubos micro aletados
(ranhurados) internamente
Tubos aletados, aletas,
dissipadores, dispositivos
internos para os tubos