Trocadores de Calor Prof. Gerônimo

Tipos de Trocadores de Calor Types Tipos de Trocadores de Calor Tipicamente, os trocadores de calor são classificados em função da configuração de escoamento e do tipo de construção. Trocadores de calor de tubos concêntricos Escoamento paralelo Escoamento contracorrente Simples configuração. Usa-se o conceito de convecção para a troca de calor Maior performance quando utilizado escoamento contracorrente

Trocadores de calor com escoamentos cruzados Types (cont.) Trocadores de calor com escoamentos cruzados Aletado com ambos os fluídos não misturados Não-aletado com um fluído Misturado e outro não-misturado A movimentação do fluído ocorre perpendicularmente ao outro. Se for aletada, as aletas impedem a movimentação do fluído na direção (y) que é transversal à direção (x) do escoamento principal, fazendo com que a temperatura varia em função de x e y A natureza da condição de mistura pode influenciar significativamente o desempenho do trocador de calor.

Trocadores de calor casco e tubos Types (cont.) Trocadores de calor casco e tubos Trocador de calor casco e tubo com um passe no casco e um passe nos tubos (Contracorrente) Geralmente, são instalados chicanas (Baffles) para aumentar o coeficiente convectivo no fluído do lado do casco, induzindo a turbulência e um componente de velocidade na direção do escoamento cruzado. Apóiam fisicamente os tubos reduzindo a vibração decorrente ao escoamento. O número de passe no casco e no tubo pode ser variado, isto é: One Shell Pass, Two Tube Passes Two Shell Passes, Four Tube Passes

Trocadores de calor compactos Types (cont.) Trocadores de calor compactos São utilizados para atingir superfícies de transferência de calor muito grandes ( > 400 m2/m3 para líquidos e > 700 m2/m3 para gases) por unidade de volume. O escoamento geralmente é regime laminar. (a) Fin-tube (flat tubes, continuous plate fins) (b) Fin-tube (circular tubes, continuous plate fins) (c) Fin-tube (circular tubes, circular fins) (d) Plate-fin (single pass) (e) Plate-fin (multipass)

O Coeficiente Global de Transferência de Calor Overall Coefficient O Coeficiente Global de Transferência de Calor É essencial para qualquer análise de trocadores de calor. O coeficiente é calculado em função da resistência térmica total (condutiva e convectiva) à transferência de calor entre dois fluídos. Porém é necessário que a s superfícies estejam limpas (incrustações) e sem aletas. Fator de decomposição Rd resistência térmica adicional sujeitas a decomposição. Vamos utilizar c para fluído frio (cold) e h para quente (hot) Portanto, o coeficiente global de transferência de calor pode ser representado por:

Adiabática for suposta, temo: Overall Coefficient Se uma aleta plana ou um pino com comprimento L for usada e uma extremidade Adiabática for suposta, temo:

Para trocadores de calor tubulares e não-aletados i = superfície interna e = superfície externa Desprezando a espessura do tubo e a deposição, temos: Parede plana

Média Log das Diferenças de Temperaturas LMTD Method Média Log das Diferenças de Temperaturas - The Log Mean Temperature Difference (LMTD) Method - A form of Newton’s Law of Cooling may be applied to heat exchangers by using a log-mean value of the temperature difference between the two fluids: Evaluation of depends on the heat exchanger type. Counter-Flow Heat Exchanger:

Parallel-Flow Heat Exchanger: LMTD Method (cont.) Parallel-Flow Heat Exchanger: Note that Tc,o can not exceed Th,o for a PF HX, but can do so for a CF HX. For equivalent values of UA and inlet temperatures,

Overall Energy Balance Application to the hot (h) and cold (c) fluids: Assume negligible heat transfer between the exchanger and its surroundings and negligible potential and kinetic energy changes for each fluid. Assuming no l/v phase change and constant specific heats,

Special Operating Conditions Special Conditions Special Operating Conditions Case (a): Ch>>Cc or h is a condensing vapor Negligible or no change in Case (b): Cc>>Ch or c is an evaporating liquid Negligible or no change in Case (c): Ch=Cc.

Problem: Overall Heat Transfer Coefficient Problem 11.5: Determination of heat transfer per unit length for heat recovery device involving hot flue gases and water.

Problem: Overall Heat Transfer Coefficient (cont.)

Problem: Overall Heat Transfer Coefficient (cont.)

Problem: Overall Heat Transfer Coefficient (cont.)

Problem: Overall Heat Transfer Coefficient (cont.)

Problem: Ocean Thermal Energy Conversion Problem 11S.8: Design of a two-pass, shell-and-tube heat exchanger to supply vapor for the turbine of an ocean thermal energy conversion system based on a standard (Rankine) power cycle. The power cycle is to generate 2 MWe at an efficiency of 3%. Ocean water enters the tubes of the exchanger at 300K, and its desired outlet temperature is 292K. The working fluid of the power cycle is evaporated in the tubes of the exchanger at its phase change temperature of 290K, and the overall heat transfer coefficient is known.

Problem: Ocean Thermal Energy Conversion (cont)

Problem: Ocean Thermal Energy Conversion (cont)