Utilizado quando se necessita rejeitar calor a baixas temperaturas. O uso do AR como meio de resfriamento tem as seguintes vantagens:

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1 TROCADORES DE CALOR ALETADOS E/OU COMPACTOS Utilizado quando se necessita rejeitar calor a baixas temperaturas. Pode-se utilizar como meios de resfriamento: ÁGUA ou AR O uso do AR como meio de resfriamento tem as seguintes vantagens: - está sempre disponível - pode ser aplicado a baixas temperaturas - não é corrosivo - não causa incrustações nas condições usuais. Mas como desvantagens se pode citar: - baixa condutividade térmica, massa específica e calor específico - baixo coeficiente de transferência de calor convectivo - maior volume é necessário para determinada quantidade de calor

2 utilizam superfícies aletadas no exterior dos tubos para aumentar a área de troca têm forma geométrica larga e baixa do feixe de tubos devido ao volume de ar a ser deslocado, combinado com pequena perda de pressão admissível têm grandes áreas de captação de ar para a atmosfera compacidade O trocador é classificado como compacto quando possui uma relação área de transferência de calor e o volume do envelope da ordem de 1000 Valores cerca de 10 vezes maiores que os encontrados em trocadores casco e tubos.

3 Aletas e tipos de trocadores aletados Trocadores aletados tipo placa aleta Trocadores aletados tipo tubo aleta

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5 H distribuidores Tubos minicanais Aletas B View A-A B Entrance B B Exit L

6 aletas

7 Trocadores aletados

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

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11 Coeficiente global de transferência de calor - U Em trocadores de calor, o calor é transferido do fluido quente para o fluido frio. Este processo pode ser associado a um circuito elétrico com resistências em série. Estas resistências estão relacionadas aos seguintes processos: Convecção no lado do ar (ou do líquido que deve ser resfriado); Condução através das aletas e da parede do tubo; Convecção no lado do refrigerante. A e, h a e T e Refrigerante x Refrigerante A i, h r e T r Ar Temperatura do refrigerante, T r

12 As aletas são colocadas na superfície exposta ao AR para aumentar a área superficial e diminuir a resistência à transferência de calor convectiva q UAT T R 1 hi T Rcond 1 he <R >Q - condução tem pouca influência - convecção controladora Com as aletas: q ha T (T s b T f ) onde A T = área total de transferência de calor (área da base sem aletas-ab + área das aletas-aa) AT= Ab+Aa s = eficiência da superfície aletada (arranjo de aletas + superfície base onde elas estão) Tb - Tf = diferença de temperatura entre a base e o fluido

13 U i 1 h i R fi Rcond 1 h e Ai A e se R fe se A A i e s ha T q (T T b T f ) (q b q q max a ) s Aa 1 (1 a A T ) h e A e /A i e K = se hea A i e h e s

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15 Uso de aletas no lado do ar - A resistência do lado do ar representa aproximadamente 90% da resistência total. Desta forma, percebe-se que qualquer mudança significativa no valor de U deva acontecer na resistência térmica no lado do ar. A / - As possibilidades são: aumento da relação entre áreas e A i ou pela elevação do coeficiente de transferência de calor, h e. - A elevação do coeficiente de transferência de calor, h e, apresenta como inconveniente o aumento da potência do ventilador, uma vez que a velocidade do ar é o parâmetro a ser afetado (a potência varia com o cubo da velocidade).

16 Definição do coeficiente de calor do lado externo aletado (gás), he Re GD h 2 / j St Pr 3 St h Gc p c Pr k p

17 Definições para o cálculo do coeficiente de transferência de calor (lado externo aletado) G m A min u A A min fr u u max m Amin Afr u vazão mássica área mínima de passagem do escoamento área frontal da matriz ou trocador velocidade a montante do trocador A A min fr razão entre áreas (valor tabelado)

18 Definições para o cálculo do coeficiente de transferência de calor (lado externo aletado) D h 4LA A min 4 σ β 4 vezes o volume de passagem sobre a área de troca L A u comprimento do trocador ou matriz área total de troca térmica razão área de troca/volume (valor tabelado) velocidade a montante do trocador

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21 De seção não uniforme Eficiência das aletas η a (%) De seção uniforme: Seção retangular e Seção circular a tanh( ml ml c c ) 3 / 2 Lc 1 / 2 h / kap m hp ka η a (%) η g Eficiência do conjunto 1 A A aletas total 1 η a Lc 3 / 2 1 / 2 h / kap

22 Schmidt (1945) propôs uma equação empírica para a determinação da eficiência de uma aleta circular de espessura uniforme η a tanh( mr mr 1 φ 1 φ ) φ r r ,35ln r r 2 1 η a r2 raio da aleta r1 - raio do tubo ml

23 Aproximação para a determinação da eficiência de uma aleta plana, com cálculo do raio equivalente (req) em lugar do raio da aleta circular (r2) Para arranjo de tubos ordenado (retângulo) r eq r 1 ψ 1,28ψ( M r 1 β 0,2 ) β 1 / Selecionar L de forma que este seja sempre maior ou igual a M (L>=M) 2 L M Para arranjo de tubos alternado (hexágono) r eq r 1 1,28ψ( β 0,3 ) 1 / 2

24 Perda de carga no lado do AR através das aletas

25 Diferença de temperatura média para arranjo CRUZADO: T ml T ml, cc F

26 Efetividade do arranjo CRUZADO

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