O que é Trocador de Calor – Coeficiente de Transferência de Calor – Fator U – Definição

Coeficiente geral de transferência de calor

Um trocador de calor normalmente envolve dois fluidos separados por uma parede sólida. Muitos dos processos de transferência de calor encontrados na indústria envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção . O calor é primeiro transferido do fluido quente para a parede por convecção, através da parede por condução e da parede para o fluido frio novamente por convecção.

Com estes sistemas compostos, 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 :

O coeficiente geral de transferência de calor, U, está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema. Por exemplo, a transferência de calor em um gerador de vapor envolve a convecção do volume do líquido de arrefecimento do reator para a superfície do tubo interno do gerador de vapor, condução através da parede do tubo e convecção (ebulição) da superfície do tubo externo para o fluido lateral secundário.

Nos casos de transferência combinada de calor para um trocador de calor, existem dois valores para h. Existe o coeficiente de transferência de calor por convecção (h) para o filme fluido dentro dos tubos e um coeficiente de transferência de calor por convecção para o filme fluido fora dos tubos. A condutividade térmica (k) e a espessura (Δx) da parede do tubo também devem ser levadas em consideração.

O monitoramento on-line dos trocadores de calor comerciais é feito rastreando o coeficiente geral de transferência de calor , porque o coeficiente geral de transferência de calor tende a diminuir ao longo do tempo devido à incrustação . Ao calcular periodicamente o coeficiente geral de transferência de calor a partir das taxas de fluxo e temperaturas do trocador, o operador do trocador de calor pode estimar a vida útil dos trocadores de calor.

Exemplo: Cálculo do Trocador de Calor

Considere um trocador de calor de fluxo paralelo , usado para resfriar o óleo de 70 ° C a 40 ° C usando água disponível a 30 ° C. A temperatura de saída da água é de 36 ° C. A taxa de fluxo de óleo é de 1 kg / s. O calor específico do óleo é de 2,2 kJ / kg K. O coeficiente de transferência total de calor U = 200 W / m ² K .

Calcule a diferença de temperatura média logarítmica . Determine a área desse trocador de calor necessária para esse desempenho.

1. LMTD

A diferença logarítmica de temperatura média pode ser calculada simplesmente usando sua definição:

2. Área do trocador de calor

Para calcular a área desse trocador de calor, precisamos calcular a taxa de fluxo de calor usando a taxa de fluxo de massa de óleo e LMTD.

A área necessária desse trocador de calor pode ser calculada diretamente usando a equação geral de transferência de calor: