O que é o tipo de trocadores de calor – Classificação de trocadores de calor – Definição

Tipos de trocadores de calor – Classificação. Os trocadores de calor são normalmente classificados de acordo com a disposição do fluxo e o tipo de construção. Engenharia Térmica

Trocadores de Calor

Condensador de superfície Fonte: wikipedia.org Licença: CC BY-SA 3.0
Condensador de superfície

Trocadores de calor são dispositivos usados ​​para transferir energia térmica de um fluido para outro sem misturar os dois fluidos. Os fluidos geralmente são separados por uma parede sólida (com alta condutividade térmica ) para impedir a mistura ou podem estar em contato direto.

O exemplo clássico de um trocador de calor é encontrado em um motor de combustão interna, no qual o líquido de arrefecimento do motor flui através das bobinas do radiador e o ar passa pelas bobinas, que esfria o refrigerante e aquece o ar que entra. Na engenharia de energia, as aplicações comuns dos trocadores de calor incluem geradores de vapor , ventiladores, trocadores de calor com água de resfriamento e condensadores . Por exemplo, o gerador de vapor é usado para converter a água de alimentação em vapor do calor produzido no núcleo de um reator nuclear . O vapor produzido aciona a turbina.

A transferência de calor em um trocador de calor geralmente envolve convecção em cada fluido e condução térmica através da parede que separa os dois fluidos. Na análise de permutadores de calor, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente de transferência total de calor , conhecido como um factor-L . O fator U é definido por uma expressão análoga à lei do resfriamento de Newton .

Além disso, os engenheiros também usam a diferença de temperatura média logarítmica ( LMTD ) para determinar a força motriz da temperatura na transferência de calor nos trocadores de calor.

Referência especial: John R. Thome, livro de dados de engenharia III. Wolverine Tube Inc. 2004.

Tipos de trocadores de calor – Classificação de trocadores de calor

Os trocadores de calor são normalmente classificados de acordo com a disposição do fluxo e o tipo de construção. O trocador de calor mais simples é aquele para o qual os fluidos quente e frio se movem na mesma direção ou em direções opostas. Este trocador de calor consiste em dois tubos concêntricos de diâmetros diferentes.

  • disposição de fluxo paralelo . Na disposição de fluxo paralelo, os fluidos quente e frio entram na mesma extremidade, fluem na mesma direção e saem na mesma extremidade.
  • arranjo de contra-fluxo . No arranjo de contra-fluxo, os fluidos entram em extremos opostos, fluem em direções opostas e saem em extremos opostos.

A figura representa as direções do fluxo de fluido nos trocadores paralelos e contra-fluxo. Sob condições comparáveis, mais calor é transferido em um arranjo de contra-fluxo do que em um trocador de calor de fluxo paralelo. Os perfis de temperatura dos dois trocadores de calor indicam duas grandes desvantagens no projeto de fluxo paralelo.

  • A grande diferença de temperatura nas extremidades causa grandes tensões térmicas.
  • A temperatura do fluido frio que sai do trocador de calor nunca excede a temperatura mais baixa do fluido quente.

O design de um trocador de calor de fluxo paralelo é vantajoso quando é necessário levar dois fluidos quase à mesma temperatura.

trocador de calor - fluxo paralelotrocador de calor - contra-fluxo

A superfície de transferência de calor nos trocadores de calor pode ser disposta de várias formas. Os trocadores de calor são, portanto, também classificados como:

  • Trocadores de calor com tubo duplo. Os trocadores de calor com tubo duplo são baratos tanto para o projeto quanto para a manutenção, tornando-os uma boa opção para pequenas indústrias. Nestes trocadores, um fluido flui para dentro do tubo e o outro flui para o exterior. Embora sejam simples e baratas, sua baixa eficiência, aliada ao alto espaço ocupado em grandes escalas, levou as indústrias modernas a usar trocadores de calor mais eficientes, como cascas e tubos.
  • Permutadores de calor de conchas e tubos.Os trocadores de calor de casco e tubo em suas várias modificações de construção são provavelmente a configuração básica de trocador de calor mais difundida e comumente usada na indústria. Os trocadores de calor de casco e tubo são classificados ainda de acordo com o número de passes de casco e tubo envolvidos. Os trocadores de calor de cascas e tubos são normalmente usados ​​para aplicações de alta pressão (com pressões maiores que 30 bar e temperaturas maiores que 260 ° C). Isso ocorre porque os trocadores de calor de casco e tubo podem suportar altas pressões devido à sua forma. Nesse tipo de trocador de calor, vários tubos de pequeno diâmetro são montados entre duas placas de tubo e o fluido primário flui através desses tubos. O feixe de tubos é colocado dentro de uma concha e o fluido secundário flui através da concha e sobre a superfície dos tubos. Na engenharia nuclear,água de alimentação para vapor a partir do calor produzido no núcleo de um reator nuclear . Para aumentar a quantidade de calor transferido e a energia gerada, a superfície de troca de calor deve ser maximizada. Isso é obtido usando tubos . Cada gerador de vapor pode conter entre 3.000 e 16.000 tubos, cada um com aproximadamente 19 mm de diâmetro.
  • Trocadores de calor a placas. Um trocador de calor de placas é um tipo de trocador de calor que usa placas de metal para transferir calor entre dois fluidos. Esse arranjo é popular entre os trocadores de calor que utilizam ar ou gás, bem como o fluxo de fluido de menor velocidade. O exemplo clássico de um trocador de calor é encontrado em um motor de combustão interna no qual o líquido de arrefecimento do motor flui através das bobinas do radiador e o ar passa pelas bobinas, que esfria o refrigerante e aquece o ar que entra. Quando comparado aos trocadores de casco e tubo, o arranjo de placas empilhadas normalmente apresenta menor volume e custo. Outra diferença entre os dois é que os trocadores de placas normalmente servem fluidos de baixa a média pressão, em comparação com as pressões média e alta da carcaça e do tubo.

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