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

Aplicações

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

M = matrix

Classificação

I. Quanto ao processo de transferência de calor

∆T

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 duplo tubo

Arranjo paralelo Arranjo contracorrente

Trocador de calor casco e tubo:

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 compactos aletados tubulares

Trocadores de calor “placa (com micro canais)” e aletas

compactos

Trocadores para ar condicionado automotivo

Trocador de calor compacto de placas

Brasado

Trocadores a placas como condensador

e evaporador de um sistema de

refrigeração

Trocador de calor em espiral

Aplicado a: líquidos viscosos, líquidos com

sólidos em suspensão, incluindo pastas Elevada transferência de calor e

redução de depósitos