Trocadores de calor

TROCADORES DE CALOR
1. Introdução
Como discutimos ao longo do tópico Transferência de calor, freqüentemente estamos interessados em transferir energia térmica de um sistema para a vizinhança ou entre partes de um sistema. Isto é feito através de um equipamento, chamado de Trocador de Calor, muito comum de ser encontrado em indústrias. Podemos classificar os trocadores de diversas maneiras: quanto ao modo de troca de calor, quanto ao número de fluidos, tipo de construção, etc.
2. Calculo da transferência de calor.
O principal objetivo térmico dos trocadores de calor é a determinação superficial necessária para transferir calor a uma determinada razão, conhecidas as cargas e as temperaturas dos fluidos.
Este trabalho é facilitado pelo uso do coeficiente global de transmissão de calor (U), sendo possível determiná-la pela equação geral:

q = U ⋅ A ⋅ ∆T onde ∆T é uma diferença média efetiva da temperatura para todo o trocador; e o coeficiente global de transmissão de calor é proporcional ao inverso da soma das resistências térmicas.
Logo temos para:
- parede plana
U=

1
1 / ho + L / k + 1 / hi

- parede cilíndrica

Uo =

1
1 / ho + [ro ln(ro / ri )] / k + ro / ri hi

Ui =

1
1 / hi + [ri ln(ro / ri )] / k + ri / ro ho

onde os índices i e o representam as superfícies interna e externa, respectivamente. É importante observar que a área de convecção não é a mesma no caso de uma parede cilíndrica, portanto o coeficiente global e a área superficial devem ser compatíveis, isto é, q = U o Ao ∆T = U i Ai ∆T
Na literatura encontram-se valores aproximados para U para os fluidos mais comuns usados em trocadores de calor.
Fluido
Óleo para óleo
Água para água
Vapor para água
Vapor para gases

U (W/m2 K)
170 – 312
850 -1700
993 – 3400
28 – 284

3. Diferença de temperatura em um trocador de calor.
Antes de serem efetuados os cálculos de transferência de calor, e necessário definir o termo de variação de temperatura. Para