Trocador de calor

TROCADORES DE CALOR ALETADOS

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

- baixa densidade

- baixo calor específico

- baixo coeficiente de transferência de calor convectivo

- maior volume é necessário para determinada quantidade de calor.

Configuração do equipamento

• utilização de superfícies aletadas no exterior dos tubos para aumentar a área de troca
• forma geométrica larga e baixa do feixe de tubos devido ao volume de ar a ser deslocado, combinado com pequena perda de carga admissível
• grandes áreas de captação de ar para a atmosfera.

Análise térmica dos trocadores de calor compactos - aletados

Trocadores aletados tubulares

[pic 1]

As aletas são colocadas na superfície exposta ao AR para aumentar a área superficial e diminuir a resistência à transferência de calor convectiva

[pic 2]

⇒ >Q                 - condução tem pouca influência

                        - convecção controladora

Com as aletas:

[pic 3]

onde        AT = área total de transferência de calor (área da base sem aletas-Ab + área das aletas-Aa)

                AT= Ab+Aa

        

ηs = eficiência da superfície aletada (arranjo de aletas + superfície base onde elas estão)

Tb - Tf = diferença de temperatura entre a base e o fluido

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

ηa = eficiência da aleta, a partir de equações e gráficos.

Para um caso geral de convecção se pode utilizar:

[pic 7]

Onde Lc é o comprimento corrigido e o parâmetro m é dado por:                [pic 8], sendo P o perímetro, A a área da seção, k a condutividade térmica do material da aleta e he o coeficiente de transferência de calor do fluido. Ou pode ser reduzido a:

[pic 9]

Onde t é a espessura da aleta.

Cálculo do coeficiente de transferência de calor convectivo do fluido em contato com as aletas – he

O he é obtido através do fator de Colburn jh, ou:

[pic 10]                                                (1)

Onde Pr é o número adimensional de Prandtl (Pr=cpμ/k), G é o fluxo mássico em kg/m2s e cp o calor específico do fluido.

O fator de Colburn, jh, pode ser encontrado através de gráficos para geometrias específicas (Figs. 11.20 e 11.21 do Incropera) ou através de correlações. De uma ou outra forma depende do número adimensional de Reynolds, ou:

[pic 11]                                                              (2)

Fluxo mássico máximo - G

[pic 12]

Onde Vmax é a velocidade média do fluido através da seção mais estreita, ou seja, da área mínima de escoamento.

Nas condições de regime estacionário [pic 13], ou,

[pic 14]

Considerando que a densidade não varia, o produto da velocidade da corrente de ar (V) e da área frontal (Afr), ou seja a vazão de ar, deve ser igual ao produto da velocidade de escoamento no interior do trocador (Vmax) e a área mínima de escoamento (Amin).