Trocadores de calor

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CAPÍTULO 2

EQUIPAMENTOS DE TROCA TÉRMICA

Os trocadores de calor são equipamentos que facilitam a transferência de calor entre
dois  ou  mais  fluidos  em  temperaturas  diferentes.  Foram  desenvolvidos  muitos  tipos  de
trocadores de calor para emprego em diversos níveis de complicação tecnológica e de porte,como   usinas   elétricas   a   vapor,   usinas   de   processamento   químico,   aquecimento   e
condicionamento de ar em edifícios, refrigeradores domésticos, radiadores de automóveis,
radiadores de veículos espaciais, etc. Nos tipos comuns, como os trocadores de calor casco
tubo e radiadores de automóveis, a transferência de calor se processa principalmente por
condução e convecção, de um fluido quente para um fluido frio, separados por uma paredemetálica.  Nas  caldeira  e  nos  condensadores,  a  transferência  de  calor  por  ebulição  e  por
condensação é de primordial importância. Em certos tipos de trocadores de calor, como as
torres de resfriamento, o fluido quente (por exemplo, a água) é resfriado por mistura direta
com o fluido frio (por exemplo, o ar); isto é, a água nebulizada, ou que cai em uma correnteinduzida de ar, é resfriada por convecção e por vaporização. Nos radiadores para aplicações
espaciais, o calor residual do fluido refrigerante é transportado por convecção e condução
para a superfície de uma aleta e daí, por radiação térmica, para o espaço (vácuo).
O projeto de trocadores de calor é um assunto complexo. A transferência de calor e a
perda de carga, o dimensionamento e a avaliação do desempenho, e os aspectos econômicostêm papéis importantes no projeto final. Por exemplo, embora sejam muito importantes as
considerações de custo nas aplicações de grande porte como usinas geradoras de energia
elétrica e de processamento químico, as considerações de peso e de dimensões são o fator
dominante na escolha do projeto para aplicações espaciais e aeronáuticas.
Neste capítulo discutiremos a classificação dos trocadores de calor.2.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TROCADORES DE CALOR

Os trocadores de calor são construídos tipos, tamanhos, configurações e disposições de
escoamento que uma classificação, mesmo arbitrária, é necessária para o seu estudo. Fraas e
Ozisik  (1965)  e  Kakaç,  Shah  e  Bergles  (1982)  classificam  os  trocadores  de  calor.
Discutiremos a classificação dos trocadores de calor de acordo com:1.   o processo de transferência de calor,
2.   a compacticidade,
3.   o tipo de construção,
4.   a disposição das correntes, e
5.   o mecanismo da transferência de calor

2.1.1 CLASSIFICAÇÃO PELO PROCESSO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Os trocadores de calor podem ser classificados como de contato direto e de contato
indireto.  No  tipo  de  contato  direto,  a  transferência  de  calor  ocorre  entre  dois  fluidosEquipamentos de Troca Térmica - 27

imiscíveis,  como  um  gás  e  um  líquido,  que  entram  em  contato  direto.  As  torres  de
resfriamento, condensadores com nebulização para vapor de água e outros vapores, utilizando
pulverizadores de água, são exemplos típicos de trocadores por contato direto.
As torres de resfriamento são largamente empregadas para dispor do rejeito térmicodos processos industriais, lançando o calor na atmosfera, e não em um rio ou lago ou no
oceano. Os tipos mais comuns incluem as torres de resfriamento com tiragem natural e as
torres com tiragem forçada. No tipo com tiragem natural, mostrado na Figura 2.1, pulveriza-
se a água na corrente de ar que ascende através da torre por convecção térmica.Figura 2.1 – Secção através de uma torre de resfriamento com convecção natural.
(de Özisik,1990)

As gotículas cadentes de água são resfriadas pela convecção e pela evaporação da
água.  O  recheio  ou  enchimento  dentro  da  torre  reduz  a  velocidade  média  de  queda  das
gotículas  e  aumenta  o  tempo  de  exposição  das  gotículas  à  corrente  de  ar  que  as  resfria,...
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