Conceitos Essenciais em Transferência de Calor e Trocadores

Conceitos Essenciais em Transferência de Calor

Método de Capacitância Global e Número de Biot

• Para aplicar o método de capacitância global, o parâmetro adimensional conhecido como Número de Biot deverá ser bem menor que 1,0, pois, desta forma, a hipótese de distribuição uniforme de temperatura é razoável.
• O Número de Biot é a razão entre a resistência térmica de condução e a resistência térmica de convecção.

Mecanismos de Transferência de Calor

• A convecção térmica é o tipo de transferência de calor que predomina nos processos em que fluidos escoam em regime turbulento, trocando calor com superfícies sólidas.
• O fenômeno de convecção térmica se caracteriza pelo transporte de energia por difusão molecular e pela movimentação global dos fluidos.
• O modo de transferência de calor por convecção se dá pelo movimento molecular aleatório e o movimento macroscópico do fluido.

Difusividade Térmica

• Essa propriedade mede a capacidade de um material de conduzir energia térmica em relação à capacidade de armazená-la.
• Em geral, os metais apresentam elevados valores de difusividades térmicas.

Condução de Calor: Lei de Fourier

A transferência de calor por condução pode ser expressa pela equação q = -K A (ΔT/L), onde:

• q é a taxa de calor transferida;
• K é a condutividade térmica do material;
• A é a área perpendicular ao fluxo de calor;
• (ΔT/L) é o gradiente de temperatura em relação à espessura do material.

Essa equação recebe a designação de: Lei de Fourier.

Unidades da Condutividade Térmica

As unidades do Sistema Internacional (SI) da condutividade térmica (k) da equação de transferência de calor por condução q = -K A (ΔT/L) são: W·m⁻¹·K⁻¹.

Projeto de Trocadores de Calor

Métodos de Análise: MLDT e Efetividade-NUT

No projeto de trocadores de calor, dois métodos podem ser adotados: o método da Média Logarítmica da Diferença de Temperatura (MLDT) e o método da Efetividade-NUT. Com relação a esses dois métodos, analise as afirmativas a seguir:

• No método da Média Logarítmica da Diferença de Temperatura, é necessário conhecer no mínimo 3 temperaturas, sendo a quarta determinada por um balanço de energia.
• Quanto maior o Número de Unidades de Transferência (NUT), maior é a área de um trocador.
• Devem-se preferir trocadores que operem em contracorrente, visto que a área requerida de troca térmica é menor para uma mesma quantidade de calor trocado.

Efetividade de Trocadores de Calor

Vários são os princípios da transferência de calor no projeto de equipamentos para desempenhar uma determinada função no campo da engenharia. Todavia, devemos trabalhar no sentido de desenvolver um produto econômico, o que é de extrema importância. A construção dos trocadores de calor é subordinada a estes parâmetros. Entretanto, o método da efetividade de um trocador de calor é uma análise que oferece muitas vantagens para comparação entre vários tipos de trocadores de calor, com o objetivo de selecionar o tipo mais adequado para uma determinada função. Dessa forma, a efetividade de um trocador de calor é definida como: Troca de calor real por máxima troca de calor possível.

Incrustação e Coeficiente Global de Troca Térmica

Para um trocador de calor, o índice de incrustação e o coeficiente global de troca térmica são importantes. Tal importância deve-se ao fato de que, depois de algum tempo e devido ao tipo de material utilizado no trocador, podem ocorrer problemas de resistência de troca térmica. Sobre a resistência de troca e o coeficiente global, afirma-se que: A resistência e o coeficiente são inversamente proporcionais entre si.

Coeficiente Global de Transferência de Calor

O coeficiente global de transferência de calor é um parâmetro utilizado para projetos de trocadores de calor do tipo casco e tubo e é definido como: O inverso do produto entre a resistência térmica global e a área total.