Trocadores de Calor - Ulbra

Prédio-14\nSala-241\nTROCADOR DE CALOR\nProf.: JULIO L. H. CABRERA\nBibliografia:\nHeat Exchanger\nSelection - Design e Construction\n- Sander E.A.D.\n- Editora Longman Scientific e Technical\nP/ 1ª Parte\nFundamentos de Transferência de Calor e de Massa.\nIncropera, Frank P.\nDeWitt, David P.\nPasta 109 - Trocadores de Calor\nXerox -> Prédio 8\nG1 - 16/05/13\nG2 - 04/07/13\nSubst. - 11/07/13 Revisão\n- Lei de Fourier -> Condução.\n- Lei de Newton -> Convecção.\n- Lei de Stefan-Boltzmann -> Radiação.\nTrocar de Calor:\n- Definição.\n- Classificação.\nCaso-Tubo:\nDefletor\n- Contra corrente -> p/ este caso\n- Contato Indireto.\nq_f = \nm_{f}C_{p} \Delta T_{q} -> EQUAÇÃO TÉRMICA\nq_{q} = \nm_{q}C_{p} \Delta T_{f}\nq = U \cdot A \cdot \Delta T -> EQUAÇÃO DIMENSIONAL\nA = Perímetro x Comprimento. TROCADORES DE CALOR:\nFluxo Estacionário de Duas Correntes:\n- Método da Diferença de Temperatura Média Logarítmica (DTML);\n- Método da Eletricidade e Número de Unidades de Transferência (E-NUT);\n\nNota: Lei de G1\n\Delta T_{m} = C_{min} \left( \frac{T_{pe} - T_{fe}}{ln \left( \frac{T_{pe} - T_{fs}}{T_{te} - T_{fs}} \right)}\right) Características Geométricas de Projeto para Trocadores do Tipo Casco-Tubo:\n- Diâmetros dos Tubos - Espessura;\n- Comprimentos dos Tubos;\n- Espaçamentos entre Tubos (Pitch) - Arranjo;\nNOTA: p fluido sujo (óleo), utiliza-se arranjo quadrado (90).\nPerda de Pressão: Tubo\nΔPL = f(L/di)·(1/2ρum²) Diâmetro Hidráulico:\ndh = 4 Ac / P\nP = perímetro\n- Perdas de Contração - Expansão -\nEscorrimento de Gases - Variação da Massa Específica:\n- Escorrimento Perpendicular: a Feixe de Tubos.\n- Trocadores de Calor Compacto. Revisão:\nCondução: Lei de Fourier:\nA Taxa de transferência de calor por condução em uma dada direção é proporcional à área normal à direção do Fluxo e ao gradiente de temperatura naquela direção.\nTaxa de Variação = Relação ao Tempo.\nGRADIENTE de TEMPERATURA = Relação ao Espaço.\nq̇x = -Kx·Ac·ΔT/Δx\nq̇ = q̇x·i + q̇y·j + q̇z·k\nq̇ = -K·A∇T → Gradiente\n∇T = ∂T/∂x·i + ∂T/∂y·j + ∂T/∂z·k\nTAXA: componente na direção x\ntaxas: q̇x = -Kx·Ac·∂T/∂x\nFLUXO: componente na direção x\nq̇'' = q̇x - Kx·∂T/∂x q_x -> Taxa de Transferência de calor (W); q_x' -> Fluxo de Calor (W/m²); A_x -> Área na direção perpendicular à Taxa de Transferência de calor [m²]; K_x -> Condutibilidade Térmica do material na direção x [W/m.k]; Para uma PLACA PLANA FINA de espessura 'e' e T1 > T2: q_x = -KA \\frac{(T2-T1)}{e} Para um TUBO CILÍNDRICO LONGO oco e T1 > T2: q_r = \\frac{K_2\\pi L}{ln\\frac{r_2}{r_1}}(T1-T2) convecção: Lei de Newton do resfriamento: A Taxa de Transferência de calor de um corpo imerso num Fluido é diretamente proporcional à área do corpo e à diferença de Temperatura do corpo e a do Fluido. q = hA(Tp-Tx) h => Coeficiente de Convecção (Película): [W/m²K] h => Varia com o tipo de fluxo, geometria do corpo, propriedades físicas do fluido, posição ao longo da superfície do corpo. Radiação: Lei de Stefan-Boltzmann: Todos os corpos emitem continuamente energia em virtude da sua Temperatura. A Taxa Líquida de Transferência de calor entre duas superfícies A e B é dada; q_{A+B} = \\beta A (TA^4-TB^4) TA>TB onde: \\beta => Fator de Proporcionalidade, função das Temperaturas, tamanho e posição Relativa das duas superfícies, do material, do acabamento, estado e limpeza das superfícies. De forma simplificada e sob a seguinte Restrição: (TA-TB) << TA Temos; q = hr A (TA-TB) onde hr = 4 \\beta TA^3 e o Coeficiente de calor Radiante. Resistência Térmica: De forma análoga a um circuito Resistivo; I = \\Delta V R, sugere-se que \\Delta T = T1-T2. Seja considerando como o diferencial de Potência do circuito Resistivo, Impulsor do Fluxo de calor, tal que: q = \\Delta T \\cdot Rt = \\Delta V Rt q = \\Delta T Rt Rt -> Resistência Térmica: [kW] Para a Condução: (Placa Plana de espessura 'e') q = \\Delta T Rt = KA \\Delta T e = \\Delta T e KA Rt = \\frac{e}{KA} Para Condução: (Tubo Cilíndrico ôco)\n\nq = 2πLK ΔT = ΔT\n ln(re/ri)\n\nRtr = hm(re/ri)\n 2πLK\nResistência Térmica por Condução\npara um tubo cilíndrico ôco.\n\nPara Convecção:\n\nq_c = ΔT/Rtc = AhΔT = ΔT/Ah\n\nRtc = 1/Ah\nResistência Térmica para Convecção\n\nPara Radiação:\n\nq_r = hrA(ΔT) = ΔT/ \n hrA\n\nRtr = 1/hrA\nResistência Térmica por Radiação.