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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAZONASCURSO:

TECNOLOGIA EM MANUTENO MECNICA TERMODINMICA

DISCIPLINA:

ASSUNTO:

TROCADORES DE CALOR

CONCEITO:Um trocador de calor ou permutador de calor um dispositivo para transferncia de calor eficiente de um meio para outro. Tem a finalidade de transferir calor de um fluido para o outro, encontrando-se estes a temperaturas diferentes. Os meios podem ser separados por uma parede slida, tanto que eles nunca misturam-se, ou podem estar em contato direto. Um Trocador de Calor normalmente inserido num processo com a finalidade de arrefecer (resfriar) ou aquecer um determinado fluido.

Amplamente usados em:

Aquecedores

Condicionadores de Ar

Refrigeradores

Tratamento de guas Residuais

Planta Petroqumica

Refinaria de Petrleo

Planta Qumica

Usina Termoeltrica

PROPRIEDADES:Materiais: Possui um coeficiente de condutibilidade trmica elevado. Amplamente utilizados o cobre e o alumnio e suas ligas. Dentro da teoria em engenharia, um volume de controle, sendo que este equipamento normalmente opera em regime permanente, onde as propriedades da seo de um fluido no se altera com o tempo. A eficincia de um trocador de calor depende principalmente: Do material utilizado para construo; Da caracterstica geomtrica e Do fluxo, temperatura e coeficiente de condutibilidade trmica dos fluidos em evidncia.

CLASSIFICAO:Quanto as formas construtivas: Trocador de calor de carcaa e tubos (em ingls shell and tube heat exchanger) Trocador de calor de placas (plate heat exchanger) Trocador de calor de placas brasadas com aletas (brazed plate fin heat exchanger) Quanto as fases: Monofsico: onde no h mudana de fase no fluido a ser refrigerado ou aquecido e Multifase: onde h mudana de estado fsico do fluido. Exemplo de trocadores de calor monofsicos: Radiador de gua e intercooler (ou radiadores a ar). Exemplo de trocadores de calor multifase: Condensador e evaporadores.

CLASSIFICAO:Quanto ao Regime de Fluxo: Trocador de Calor de Fluxo Paralelo Os fluidos entram no trocador de calor do mesmo lado

Trocador de Calor de Contracorrente Os Fluidos entram no trocador de calor de lados opostos

O projeto contracorrente mais eficiente, neste pode-se transferir a maior parte do calor do meio quente (de transferncia). Em Trocadores de Calor contracorrente, os fluidos fluem aproximadamente perpendiculares entre si atravs do trocador.

EFICINCIA:Para maior eficincia, Trocadores de Calor so projetados para maximizar a rea de superfcie da parede entre os dois fluidos, enquanto minimiza a resistncia ao fluxo do fluido atravs do trocador. O desempenho do trocador tambm pode ser afetado pela adio de aletas ou ondulaes em um ou ambos os sentidos, o que aumenta a rea de superfcie e pode aumentar o fluxo em canal do fluido ou induzir turbulncia. A temperatura de conduo atravs da superfcie de transferncia de calor varia com a posio, mas uma temperatura mdia adequada pode ser definida. Na maioria dos sistemas simples, esta a diferena de temperatura mdia logartmica (LMTD, Log Mean Temperature Difference). s vezes, o conhecimento direto da LMTD no est disponvel e o Mtodo das NTU (nmero de unidades de transferncia, em ingls Number of Transfer Units) usado.

Fluxos contracorrente (A) e paralelo (B)

TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO:Trocadores de Calor Casco e Tubo consistem de uma srie de tubos. Um conjunto destes tubos contm o fluido que deve ser ou aquecido ou esfriado. O segundo fluido corre sobre os tubos que esto sendo aquecidos ou esfriados de modo que ele pode fornecer o calor ou absorver o calor necessrio.O conjunto de tubos chamado feixe de tubos e pode ser feita de vrios tipos de tubos: simples, longitudinalmente aletados, etc. Trocadores de Calor Casco e Tubos so normalmente utilizados para aplicaes de alta presso (com presses superiores a 30 bar e temperaturas superiores a 260C). Isso ocorre porque os Trocadores de Calor Casco e Tubo so robustos, devido sua forma.

TROCADOR DE CALOR CARACTERISTICAS:

CASCO

E

TUBO

-

Existem vrias caractersticas de projeto trmico, que devem ser tidas em conta quando projeta-se os tubos na nos trocadores de calor de casco e tubo. Estas incluem: Dimetro dos tubos: Usar tubos de pequeno dimetro faz o Trocador de Calor tanto econmico como compacto. No entanto, mais provvel o Trocador de Calor incrustar mais rapidamente e o pequeno tamanho do diametro faz com que a limpeza mecnica das incrustaes seja difcil. Ao prevalecer a incrustao e os problemas de limpeza, tubos de dimetros maiores devem ser utilizados. Assim, para determinar o dimetro de tubos, o espao disponvel, custos, incrustao, bem como a natureza dos fluidos devem ser considerados. Espessura de parede de tubo: A espessura das paredes dos tubos normalmente determinada de maneira a garantir: Existir espao suficiente para a corroso; Que a vibrao induzida por fluxo tenha resistncia; Resistncia axial; Disponibilidade de peas sobressalentes; Resistncia de conteno ou "de cintura" (para suportar a presso do tubo interno); Resistncia flambagem (para suportar sobrepresso no casco);

TROCADOR DE CALOR CARACTERISTICAS:

CASCO

E

TUBO

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Comprimentos dos tubos: Trocadores de Calor so normalmente mais baratos quando possuem um menor dimetro de casco e um longo comprimento de tubo. Assim, normalmente h um objetivo de tornar o Trocador de Calor, enquanto ao mesmo tempo fisicamente possvel, no excedendo as capacidades de produo. No entanto, existem muitas limitaes para isso, inclusive o espao disponvel no local onde vai ser utilizado e a necessidade de assegurar que no haja tubos disponveis em comprimentos que so o dobro do comprimento necessrio (para que os tubos possam ser retirados e substitudos). Alm disso, deve-se lembrar que tubos finos so difceis de remover e substituir. Passo (pitch) dos tubos: quando projeta-se os tubos, prtico para garantir que o passo (pitch) dos tubos, isto , a distncia do centro do tubo ao centro de tubos adjacentes, no seja inferior a 1,25 vezes o dimetro dos tubos externos. Um passo maior dos tubos leva a um maior dimetro global do casco que leva a um trocador de calor mais caro. Corrugao dos tubos: este tipo de tubos, tubos corrugados, utilizados principalmente para os tubos internos, aumenta a turbulncia dos fluidos e o efeito muito importante na transferncia de calor dando um melhor desempenho.

TROCADOR DE CALOR CARACTERISTICAS:

CASCO

E

TUBO

-

Distribuio ou configurao (layout) dos tubos: refere-se a como os tubos so posicionados dentro do casco. Existes quatro tipos principais de configurao dos tubos, os quais so, triangular (30), triangular "girado" (60), quadrado (90) ou quadrado girado (45). Os padres triangulares so empregados para produzir maior transferncia de calor em que fora-se o fluido a fluir de uma forma mais turbulenta ao redor da tubulao. Padres quadrados so empregados onde alta incrustao experimentada e operaes de limpeza so mais regulares. Projeto das chicanas: chicanas ou defletores so usados em trocadores de calor casco e tubo para direcionar o fluido atravs do feixe de tubos. Eles correm perpendicularmente ao caso e mantm coeso e fixo o feixe de tubos, evitando que os tubos de vergarem ao longo de um comprimento longo. Eles tambm podem impedir que os tubos vibrem excessivamente. O tipo mais comum de chicana a segmentar. As chicanas segmentares semicirculares so orientadas a 180 graus para as chicanas adjacentes forando o lquido a fluir para cima e para baixo entre o feixe de tubos. Chicanas de espaamento so de grande importncia termodinmica no projeto de Trocadores de Calor de Casco e Tubo. Chicanas devem ser espaadas, tendo em considerao para a converso da queda de presso e transferncia de calor.

Trocador de Calor casco e tubos com um passe no casco e um passe nos tubos (Contracorrente).

Trocador de Calor casco e tubos a - Um passe no casco e dois passes nos tubos. b - Dois passes no casco e quatro passes nos tubos.

TROCADOR DE CALOR DE PLACA- CARACTERISTICAS:Outro tipo de Trocador de Calor o Trocador de Calor de Placas. Um deles composto por placas mltiplas, finos, levemente separadas que tm reas de superfcie muito grande e as passagens de fluxo de fluido de transferncia de calor. Este arranjo empilhado de placas pode ser mais eficaz, em um determinado espao, que o Trocador de Calor de Casco e Tubos. Avanos na tecnologia de vedao e brasagem fizeram o Trocador de Calor do tipo placa cada vez mais prtico. Em aplicaes HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning, Aquecimento, Ventilao e ar condicionado) grandes trocadores de calor deste tipo so chamados placas-e-quadros, quando utilizados em circuitos abertos, estes trocadores de calor so normalmente do tipo vedado permitindo desmontagem, limpeza e inspeo peridica. Existem muitos tipos de Trocadores de Calor de Placa permanentemente ligadas, tais como variedades de placa brasadas por imerso e brasadas a vcuo, e muitas vezes so especificados para aplicaes de circuito fechado, como refrigerao. Trocadores de Calor de Placas tambm diferem no tipo de placas que so utilizadas, e nas configuraes das placas. Algumas placas podem ser carimbados com o "chevron" (forma de insgnia), ou outros padres, onde outros possam ter aletas e/ou ranhuras usinadas.

Um trocador de calor de placa nica

Diagrama conceitual de um trocador de calor placa e quadro

Um trocador de calor de placas intercambiveis aplicado ao sistema de uma piscina de natao.

TROCADOR DE CALOR CIRCULAR ADIABTICO um outro tipo de Trocador de Calor utiliza um fluido intermedirio ou armazena slidos para manter o calor, que ento transferido para o outro lado do trocador de calor a ser liberado. Dois exemplos disso so rod