Modelagem de equipamentos térmicos Trocadores de calor

Transcrição

1 Universidade do Vale do Rio dos Sinos UNISINOS Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Modelagem de equipamentos térmicos Trocadores de calor Introdução

2 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. Os fluidos podem ser ambos fluidos de processo ou apenas um deles, neste caso: Vapor d água aquecimento Água ou ar resfriamento

3 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).

4 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

5 Aplicações

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 o calor de um fluido de processo.

7 Seleção de trocadores de calor Fatores a serem considerados: Exigências térmicas e hidráulicas Máxima pressão e faixa de temperatura Compatibilidade com fluidos e condições operacionais Manutenção Disponibilidade Fatores econômicos

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

9 II. Quanto ao contato entre as correntes Regeneradores Recuperadores

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

11 V. Quanto à construção

12 VI. Quanto à disposição das correntes

13 VII. Quanto ao mecanismo de transferência de calor

14 Trocador de calor duplo tubo

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

16 Trocador de calor duplo tubo Arranjo paralelo Arranjo contracorrente

17 Trocador de calor casco e tubo:

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 micro aletados (ranhurados) internamente Tubos aletados, aletas, dissipadores, dispositivos internos para os tubos

21 TROCADOR DE CALOR TUBO-ALETA

22 Trocadores compactos aletados tubulares

23

24 Trocadores de calor placa (com micro canais) e aletas compactos

25 Trocadores para ar condicionado automotivo

26 Trocador de calor compacto de placas Brasado

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

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