Sistemas térmicos. Engenharia Mecânica. Profa. Jacqueline Copetti Sala C02-239

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1 Sistemas térmicos Engenharia Mecânica Profa. Jacqueline Copetti Sala C02-239

2 1. INTRODUÇÃO AOS TROCADORES DE CALOR

3 Trocadores de calor Equipamentos que realizam a troca de calor entre dois fluidos que estão a diferentes temperaturas e separados através de uma parede sólida fluido 1 fluido 2 Os fluidos podem ser ambos fluidos de processo ou apenas um deles, neste caso: Vapor d água aquecimento Água ou ar resfriamento

4

5 APLICAÇÕES - processos - Aquecimento e resfriamento (monofásico) Evaporação e condensação (com mudança de fase) - Recuperação e rejeitação de calor, esterilização, pasteurização, fracionamento, destilação, cristalização; - Combustão ou processos com reação química; q q q q Dispositivos mecânicos podem ser usados: trocador de superfície raspada (scraped), vasos agitados e reatores.

6 Denominações 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 do calor de um fluido de processo.

7 Seleção de trocadores de calor Fatores a serem considerados 1. Exigências térmicas e hidráulicas 2. Máxima pressão e faixa de temperatura 3. Compatibilidade com fluidos e condições operacionais 4. Manutenção 5. Disponibilidade 6. Fatores econômicos

8 Processos/Operações Aquecer, resfriar, evaporar, vaporizar, esterelizar, pasteurizar, congelar, fracionar, destilar, concentra, cristalizar, fundir, secar,... As incontáveis aplicações e os inúmeros processos levam à necessidade de classificar os trocadores de calor.

9 Classificação I. Quanto ao processo de transferência de calor T M = matrix

10 II. Quanto ao contato entre as correntes Regeneradores Recuperadores

11 III. Quanto ao número de correntes IV. Quanto à razão área de troca/volume

12 V. Quanto à construção

13 VI. Quanto à disposição das correntes

14 VII. Quanto ao mecanismo de transferência de calor

15 Trocador de calor duplo tubo

16 Escoamento: Paralelo Escoamento: Contracorrente Duplo tubo com tubo helicoidal

17 Trocador de calor casco e tubos Um passe no casco e um passe nos tubos Um passe no casco e dois passes nos tubos

18 Trocador de calor casco e tubos Feixe de tubos Aplicado a resfriamento de óleos, condensadores, préaquecedores de plantas de potência, geradores de vapor em plantas nucleares, em processos e aplicações da indústria química

19 Trocadores casco e tubos

20 Intensificação da transferência de calor Tubos aletados externamente Tubos aletados, aletas, dissipadores, dispositivos internos para os tubos Tubos micro aletados (ranhurados) internamente

21 Trocador de calor tubo - aleta

22 Trocadores aletados

23 Trocadores tubo-aleta e placa aleta Evaporadores e condensadores a ar

24 Trocadores aletados

25

26 Trocadores de calor placa (com micro canais) e aletas Plate-coil

27 Trocadores para ar condicionado automotivo - placa (com micro canais) e aletas

28 Evaporadores de grande porte

29 Trocadores de placas placas Elevado h e p Minimiza formação de depósitos Compactos e leves Temperaturas e pressões limitadas Aplicados para correntes líquidas brasado s

30 Trocadores a placas como condensador e evaporador de um sistema de refrigeração

31 Comparação TC placas e casco e tubos Trocador Casco e tubos Trocador a placas equivalente 25% menor p menor 40 50% mais leve

32 Elevada transferência de calor e redução de depósitos Trocador de calor em espiral Aplicado a: líquidos viscosos, líquidos com sólidos em suspensão, incluindo pastas

33 Trocadores de calor compactos e micro trocadores de calor

34 Condensação sobre feixe de tubos de trocadores de calor

35 Tubos de calor

36 Torre de resfriamento - transferência de calor por Contato direto (ar-água) - resfriamento de grandes quantidades de água - Transferência de calor e massa

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