Sistemas Termicos_Trocadores de calor_3

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
SISTEMAS TÉRMICOS
Prof. Luís Antônio Bortolaia
UNIDADE 1
TROCADORES DE CALOR
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
2. ANÁLISE DE TROCADORES DE CALOR: MÉTODO DA EFETIVIDADE - NUT
Definição de efetividade ( ) de um trocador de calor:
onde:
q – taxa real de transferência de calor do trocador de calor (W);
- taxa máxima possível de transferência de calor (W).
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
A máxima transferência de calor será dada por:
A taxa real de transferência de calor fica então: A taxa real de transferência de calor fica então: 
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Para qualquer trocador de calor pode-se definir a efetividade em função 
de:
onde: 
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
O NUT (NÚMERO DE UNIDADES DE TRANSFERÊNCIA) é um parâmetro
adimensional utilizado na análise de trocadores de calor, definido por:
Representações gráficas das relações são apresentadas nas figuras a
seguir.seguir.
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Relações para a efetividade de trocadores de calor
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Relações para o NUT de trocadores de calor
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Efetividade de um trocador de calor com escoamento em paralelo
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Efetividade de um trocador de calor com escoamento em contracorrente
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Efetividade de um trocador de calor com um passe no casco e qualquer
múltiplo de dois passes nos tubos (dois, quatro, etc)
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Efetividade de um trocador de calor com dois passes no casco e qualquer
múltiplo de quatro passes nos tubos (quatro, oito, etc)
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Efetividade de um trocador de calor com escoamento cruzado e os dois
fluidos não misturados
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Efetividade de um trocador de calor com escoamento cruzado e um fluido
misturado e o outro não
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
EX. 1. Gases quentes de exaustão, a uma temperatura de 300 ºC, entram em
um trocador de calor com tubos aletados e escoamento cruzado, e deixam
esse trocador a uma temperatura de 100 ºC. Os gases são utilizados para
aquecer uma vazão de 1 kg/s de água pressurizada de 35 ºC a 125 ºC. O
calor específico dos gases de exaustão é de aproximadamente 1000 J/kg.K, e
o coeficiente global de transferência de calor baseado na área superficial do
lado gás é de Uq=100 W/m².K (ver a configuração do escoamento na figura
a seguir). Utilizando o método da efetividade – NUT, determine a áreaa seguir). Utilizando o método da efetividade – NUT, determine a área
superficial no lado do gás, Aq, necessária para viabilizar o processo.
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
Efetividade de um trocador de calor com escoamento cruzado e os dois
fluidos não misturados
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
EX. 2. Considere o projeto do trocador de calor do EX.1, que possui um
coeficiente global de transferência de calor e uma área de transferência
de calor baseados na área do lado do gás de 100 W/m².K e 40 m²,
respectivamente. A vazão em massa e a temperatura de entrada da água
permanecem iguais a 1 kg/s e 35 ºC, respectivamente. Entretanto, uma
mudança nas condições operacionais do gerador de gases quentes faz
com que os gases passem a entrar no trocador de calor a uma vazão de
1,5 kg/s e a uma temperatura de 250 ºC. Determine a nova taxa de1,5 kg/s e a uma temperatura de 250 ºC. Determine a nova taxa de
transferência de calor no trocador e as temperaturas de saída do gás e da
água.
TROCADORES DE CALOR Análise de Trocadores de Calor
3. PONDERAÇÕES PARA ESCOLHA DO FLUIDO INTERNO E EXTERNO AOS 
TUBOS DO TROCADOR DE CALOR
- o fluido de maior pressão deve circular no interior dos tubos (vedação);
- o fluido de maior incrustação deve circular no interior dos tubos (maior
facilidade de limpeza);
- o fluido de menor coeficiente de convecção (coeficiente dominante) deve
circular no exterior dos tubos (a convecção pode ser melhorado através dacircular no exterior dos tubos (a convecção pode ser melhorado através da
utilização de chicanas e aletas);
- com o fluido quente circulando no interior dos tubos teremos: trocador de
calor de maior comprimento e menor isolamento do casco;
- o fluido de maior vazão em massa deve circular através da maior área de
seção transversal (velocidade de escoamento);
- o fluido corrosivo deve circular no interior dos tubos.
- ...