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Trocadores de Calor. Prof. Gerônimo. Escoamento paralelo. Escoamento contracorrente. Tipos de Trocadores de Calor. Types. Tipicamente, os trocadores de calor são classificados em função da configuração de escoamento e do tipo de construção. . Trocadores de calor de tubos concêntricos.
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Trocadores de Calor Prof. Gerônimo
Escoamento paralelo Escoamento contracorrente Tipos de Trocadores de Calor Types Tipicamente, os trocadores de calor são classificados em função da configuração de escoamento e do tipo de construção. • Trocadores de calor de tubos concêntricos • Simples configuração. Usa-se o conceito de convecção para a troca de calor • Maior performance quando utilizado escoamento contracorrente
Aletado com ambos os fluídos não misturados Não-aletado com um fluído Misturado e outro não-misturado Types (cont.) • Trocadores de calor com escoamentos cruzados • 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.
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
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 • 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:
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
Counter-Flow Heat Exchanger: Evaluation of depends on the heat exchanger type. Média Log das Diferenças de Temperaturas - The Log Mean Temperature Difference (LMTD) Method - 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:
LMTD Method (cont.) • Parallel-Flow Heat Exchanger: • Note that Tc,ocan not exceed Th,ofor a PF HX, but can do so for a CF HX. • For equivalent values of UA and inlet temperatures,
Overall Energy Balance 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,
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 Special Operating Conditions Special Conditions • 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: 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.
