Universidade do Vale do Rio dos Sinos – UNISINOS
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Modelagem de equipamentos térmicos
Trocadores de calor
Introdução
Trocadores de calor
Equipamentos que realizam a troca de calor entre dois fluidos que
estão a diferentes temperaturas e separados através de uma parede
sólida.
Os fluidos podem ser ambos fluidos de processo ou apenas um deles,
neste caso:
Vapor d’água  aquecimento
Água ou ar  resfriamento
Seleção vs. Simulação
Selecionar, projetar ou especificar um trocador de calor
Atender uma dada exigência  decisão do tipo de TC e seus detalhes.
Devem ser conhecidas as vazões e as temperaturas de entrada e de saída
de ambos fluidos.
O projetista deve selecionar a combinação de diâmetros, comprimento e
número de tubos, número de passes, espaçamentos, aletas, etc.
Análise  de um equipamento já existente, com dados conhecidos de
área, coeficiente global de TC, etc.
Consiste em avaliar as condições de saída (temperaturas dos fluidos)
para várias condições de entrada (temperaturas e vazões).
Aplicações - processos

Recuperação e rejeitação de calor:
Aquecimento e resfriamento (monofásico)
Evaporação e condensação (com mudança de fase)

Esterilização, pasteurização, fracionamento, destilação, cristalização;

Combustão ou processos com reação química;

Dispositivos mecânicos podem ser usados: trocador de superfície
raspada (scraped), vasos agitados e reatores.
Aproveitamento
de energia
q

q
q
q
Aplicações
Denominações
 Resfriador: resfriamento de um fluido com água ou ar;
 Refrigerador: resfriamento de um fluido de processo utilizando a expansão de
um fluido refrigerante;
 Aquecedor: aquecimento de um fluido utilizando, em geral, vapor d’água;
 Condensador: transferência de calor de um vapor até a sua condensação parcial
ou total;
 Evaporador: transferência de calor para um líquido até sua vaporização parcial
ou total;
 Refervedor: vaporizador que trabalha conectado ao fundo de uma torre de
fracionamento;
 Gerador de vapor: vaporização e superaquecimento do vapor d’água. Pode
ocorrer aproveitando o calor de um fluido de processo.
Seleção de trocadores de calor
Fatores a serem considerados:
•
Exigências térmicas e hidráulicas
•
Máxima pressão e faixa de temperatura
•
Compatibilidade com fluidos e condições operacionais
•
Manutenção
•
Disponibilidade
•
Fatores econômicos
Classificação
I. Quanto ao processo de transferência de calor
∆T
M = matrix
II. Quanto ao contato entre as correntes
Regeneradores
Recuperadores
III. Quanto ao número de correntes
IV. Quanto à razão área de troca/volume
V. Quanto à construção
VI. Quanto à disposição das correntes
VII. Quanto ao mecanismo de transferência de calor
Trocador de calor duplo tubo
Escoamento: Paralelo
Escoamento: Contracorrente
Duplo tubo com tubo
helicoidal
Trocador de calor duplo tubo
Arranjo paralelo
Arranjo contracorrente
Trocador de calor casco e tubo:
Trocador de calor
casco e tubos
Feixe de tubos
Aplicado a resfriamento de
óleos, condensadores, préaquecedores de plantas de
potência , geradores de vapor
em plantas nucleares, em
processos e aplicações da
indústria química
Trocadores casco
e tubos
Intensificação da transferência de calor
Tubos aletados externamente
Tubos micro aletados
(ranhurados) internamente
Tubos aletados, aletas,
dissipadores, dispositivos
internos para os tubos
TROCADOR DE CALOR TUBO-ALETA
Trocadores compactos aletados tubulares
Trocadores de calor “placa (com micro canais)” e aletas
compactos
Trocadores para ar condicionado automotivo
Trocador de calor compacto de placas
Brasado
Trocadores a placas como condensador
e evaporador de um sistema de
refrigeração
Trocador de calor em espiral
Aplicado a: líquidos viscosos, líquidos com
sólidos em suspensão, incluindo pastas
Elevada transferência de calor e
redução de depósitos