MÉTODO DE ANÁLISE DA EFETIVIDADE - Apostilas - Engenharia, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF)
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GloboTV7 de Março de 2013

MÉTODO DE ANÁLISE DA EFETIVIDADE - Apostilas - Engenharia, Notas de estudo de Engenharia Química. Universidade Estadual do Norte Fluminense (UENF)

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Apostilas de Engenharia Química e de Alimentos sobre o estudo do método de análise da efetividade, definição e graficos.
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MÉTODO DE ANÁLISE DA EFETIVIDADE - NTU O método de calculo de trocadores de calor que utiliza a media logarítmica de temperaturas (LMDT) usualmente é utilizado quando os fluidos são conhecidos; as temperaturas são especificadas ou quando podem ser facilmente determinadas pelo Balanço de Energia. Entretanto, em inúmeras situações, o uso do método LMTD requer um procedimento iterativo. Nestas situações, o uso de uma alternativa, chamada de método da efetividade - NTU é desejável. Para definirmos a efetividade de um trocador de calor, devemos primeiro procurar definir a máxima taxa de troca de calor para o trocador em estudo, chamada de qmax. Naturalmente, o calor trocado, máximo ou o efetivo, é igual, pela primeira lei da Termodinâmica, à variação de entalpia de qualquer um dos fluidos de trabalho (com a devida consideração de sinal). Para líquidos, geralmente a variação de energia cinética mas para gases, tal variação pode ser significante, especialmente para grandes vazões e/ou grandes variações de temperatura. Podemos definir então a efetividade como sendo a razão entre a troca de calor efetivamente conseguida pela máxima troca de calor possível, em igualdades de condições. Isto é:

maxq q

O perfil de temperatura para um trocador contracorrente é mostrado na Figura 1

Figura 1: Perfil de temperatura de um trocador contracorrente. A equação de balanço de energia para o fluido frio ( C) e para o fluido quente (H) pode ser escrita como:

)()()()( CiCoCpHoHiHp TTmcTTmcq −=−= considerando (mcp)H= CH e (mcp)C=CC e que a variação de temperatura do fluido frio é maior; logo CH>CC. Desta forma temos que CC pode ser considerado Cmin ou a capacidade calorífica mínima. Caso dispomos de uma área infinita para transferência temos que TCo=THi. A efetividade então é:

)( )(

)( )(

min

max

CiHi

HoHi

CiHiC

HoHiH

TTC TTC

TTC TTC

− −

= − −

a partir da equação que relaciona a troca de calor com o coeficiente global temos:

docsity.com

)]/()ln[((

)()( CoHiCiHo

CoHiCiHo lm TTTT

TTTTUATUAq −−

−−− =∆=

como consideramos que Cmin é a capacidade térmica do fluido frio, temos:

)( CiCoc TTCq −=

a partir do rearranjo das equações podemos deduzir a expressão de efetividade para o trocador analisado como sendo:

 

  

  

  

 −−−

 

  

  

  

 −−−

=

max

min

minmax

min

max

min

min

1exp1

1exp1

C C

C UA

C C

C C

C UA

ε

onde o NTU é definido como:

minC UANTU =

logo a efetividade de troca térmica é função do NTU, da relação entre as capacidades caloríficas dos fluidos e do tipo de trocador. As relações da efetividade de trocadores de calor são apresentadas na literatura na forma de gráficos para uma variedade de configurações de trocadores de calor. A figura abaixo mostra a relação para o trocador contracorrente analisado.

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