Trocadores de Calor

Profª Mara Oliveira Lage Guerra

Trocadores de Calor

→ São dispositivos onde a energia é transferida entre fluidos através de uma parede sólida.

→ São extensivamente utilizados em refrigeradores e ar condicionado.

→Envolvem os processos de transferência de calor por condução e convecção.

Trocadores de Calor

• Em um sistema de refrigeração temos como objetivo:

Retirar o excesso de calor de um ambiente ou de um alimento…..

O calor só passa de 1 lugar

....Mais quente → Menos quente

Transferência de Calor

• O calor se movimentará do:

• MAIS QUENTE → MENOS QUENTE

Transferência de Calor

• O calor se movimentará do:

REFRIGERADO → REFRIGERANTE

Refrigerador

• No refrigerador a “vasilha” onde está o líquido refrigerante é o:

EVAPORADOR

Dentro o evaporador temos um fluido refrigerante em baixa temperatura que absorverá o excesso de calor do corpo.

Refrigerador

• O que acontece a medida que o refrigerante absorve calor do refrigerado?

• A medida que vai absorvendo calor o refrigerante aumenta de temperatura

Refrigerador

• Assim ele vai perdendo a sua qualidade como refrigerante.

• Por isso ele precisa também ser refrigerado para que possa voltar a ser usado como refrigerante

Refrigerador

• No refrigerador isso acontece no…

condensador

Refrigerador

• No condensador temos o refrigerante agora quente em contato com o ar ambiente

• mais quente → menos quente

Refrigerador

Refrigerado → Refrigerante

Refrigerador

• Após ser resfriado o fluido refrigerante pode retornar novamente ao evaporador

• O componente responsável pela circulação do fluido refrigerante é o

COMPRESSOR

COMPRESSOR

• O compressor aspira o fluido refrigerante do evaporador e o comprime no condensador.

• Ao fazer isso se cria uma diferença de pressão entre o evaporador e o condensador.

• O evaporador fica com a pressão mais baixa que o condensador

Refrigerador

• Essa diferença de pressão provoca também uma diferença de temperatura.

• Isso se dá porque a pressão e a temperatura são diretamente proporcionais.

Refrigerador

Assim no evaporador temos:

• Pressão baixa

• Temperatura baixa

E no condensador:

• Pressão alta

• Temperatura alta

Refrigerador

Bomba de calor

12: compressão adiabática em um compressor 23: processo de rejeição de calor a pressão constante 34: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 41: absorção de calor a pressão constante, no evaporador

Ciclo Refrigerador

Ar Condicionado

Trocadores de Calor

• Para análise de um trocador de calor temos que introduzir o conceito de resistência térmica.

• Fazemos uma analogia com a Lei de Ohm

i = V V=ddp

R R=resistência elétrica

Trocadores de Calor

• Para a transferência de Calor usamos:

q= ΔT

RT

ΔT= diferença de temperatura.

RT=resistência térmica.

Resistência Térmica- Geometria Plana

RT=ΔT

q

Na condução: q= KA ΔT então: RT= L L K.A

Na convecção: q=hc.A.ΔT então: RT= 1 hc.A

Resistência Térmica-Seção Transversal Cilíndrica

• Numa seção transversal cilíndrica usamos a resistência térmica:

RT= Ln(re/ri)

2πKL

Sendo:

• re= raio externo do cilindro.

• ri= raio interno do cilindro.

Resistência Térmica-Seção Transversal Cilíndrica

• Considerando a condução e a convecção, temos:

RT= 1 + Ln(re/ri) + 1

h1.A1 2πKL h2.A2

Onde:

h1=K/L

h2= hc

Exercícios

• Determine o fluxo de calor trocado pelos fluidos no trocador de calor mostrado na figura, para os seguintes dados: h1=50 W/m².k, h2=58 W/m².k,t1=60ºC(ent), t1=40ºC(sai),t12=20ºC(ent), t2=30ºC(sai), re=11mm,ri=10mm, comprimento de 1m. Para o metal do tubo temos K=386 W/m.K.

Exercícios

• A1=2πrL=0,069 m² e A2=0,063 m²

• Como:

RT= 1 + Ln(re/ri) + 1

h1.A1 2πKL h2.A2

RT= 1 + Ln 11/10 + 1 =0,487 W/K

0,069.(50) 2π(1).(386) 0,63.(80)

Exercícios

• Sabendo que o fluxo de calor q” é dado por:

q”=DMLT (diferença média logarít. temp.)

RT

Onde DMLT = ΔTA- ΔTB = 24,7ºC

Ln(ΔTA/ ΔTB)

Então: q” = 24,7 = 50,7 W

0,487