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Diferença de temperatura média logarítmica (DTML)
| Topo pág | Fim pág |A parte inferior da Figura 01 representa o corte de dois tubos concêntricos por onde circulam um fluido quente (Q) no interno e um fluido frio (F) no externo.
Supondo que os fluidos trocam calor apenas entre si através da parede do tubo interno, pode-se considerar que esse trecho tem uma área total de troca S. E a temperatura do fluido quente diminui enquanto a do fluido frio aumenta conforme gráfico na parte superior da figura.
Sejam as grandezas envolvidas no processo:
cF, cF calores específicos dos fluidosΦ calor por unidade de tempo (ΔQ/Δt)
F, Q vazões de massa dos fluidosS área de trocaTF, TQ temperaturas dos fluidos frio e quenteU coeficiente global de transmissão de calor
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| Figura 01 |
dΦ = F cF dTF = Q cQ dTQ #A.1#Isolando as temperaturas,
dTF = dΦ / (
A variação infinitesimal da diferença de temperatura é
d(ΔT) = dTF + dTQ #A.4#Substituindo os valores de #A.2# e #A.3# e reagrupando,
#A.5#O resultado da integração é
#A.6#Usando o conceito já visto de coeficiente global de transmissão de calor,
dΦ = U dS ΔT #B.1#Igualando com #A.5# e reagrupando,
#B.2#Integrando,
#B.3#Substituindo esse valor em #A.6#,
#C.1#Considera-se,
#C.2#Essa grandeza é denominada diferença de temperatura média logarítmica (DTML) do trocador de calor. Assim,
#C.3#Esse resultado significa que o calor permutado num trocador de calor pode ser tratado de forma similar à da troca entre duas superfícies, com o uso de ΔTm no lugar de ΔT.
Na Figura 01 foi considerado a operação no mesmo sentido de fluxo, denominado paralelo, para o caso de trocadores. Os resultados serão similares se os fluxos forem opostos (contracorrente).
Alguns valores típicos de coeficiente global de transmissão
| Topo pág | Fim pág |Trocadores de calor são construídos em diversos tipos para variadas aplicações. Dependendo da forma física, finalidade e fluidos, adquirem nomes específicos, como casca e tubo (shell and tube, em inglês), resfriadores, condensadores, vaporizadores, aquecedores, radiadores, serpentinas, etc. A tabela abaixo dá faixas típicas de coeficientes de transmissão para alguns tipos e fluidos (esses coeficientes podem ser usados para estimativas ou cálculos sem grandes exigências de exatidão).
| Tipo | Finalidade e/ou observações | Fluido 1 | Fluido 2 | U em W / (m2 K) |
| Casca e tubo | Aquecedores | Óleos térmicos | Gases em geral | 20 - 200 |
| " | " | Óleos térmicos | Óleos pesados | 50 - 300 |
| " | " | Gases de combustão | Hidrocarbonetos | 30 - 100 |
| " | " | Gases de combustão | Vapor | 30 -100 |
| " | " | Vapor | Água | 1500 - 4000 |
| " | " | Vapor | Gases em geral | 30 - 300 |
| " | " | Vapor | Óleos leves | 300 - 900 |
| " | " | Vapor | Óleos pesados | 60 - 450 |
| " | " | Vapor | Solventes orgânicos | 500 - 1000 |
| Casca e tubo | Condensadores (fluido 1 no tubo) | Amônia | Água | 300 - 1200 |
| " | " | Álcool | Água | 250 - 700 |
| " | " | Refrigerante R12 | Água | 300 - 850 |
| " | " | Vapor d'água | Água | 1000 - 1500 |
| " | " | Vapores de solventes orgânicos | Água | 700 - 1000 |
| " | " | Vapores de hidrocarbonetos | Água | 400 - 550 |
| " | " | Vapores sob vácuo | Água | 200 - 500 |
| Casca e tubo | Evaporadores | Vapor | Compostos orgânicos leves | 900 - 1200 |
| " | " | Vapor | Compostos orgânicos pesados | 600 - 900 |
| " | " | Vapor | Soluções aquosas | 1000 - 1500 |
| " | " | Óleo térmico | Hidrocarbonetos | 250 -550 |
| Casca e tubo | Genérica | Água | Água | 800 - 1500 |
| " | " | Gases a 1 bar | Gases a 1 bar | 5 - 35 |
| " | " | Gases a 200 bar | Gases a 200 bar | 100 - 300 |
| " | " | Óleos leves | Óleos leves | 100 - 400 |
| " | " | Óleos pesados | Óleos pesados | 50 - 300 |
| " | " | Solventes orgânicos | Solventes orgânicos | 100 - 300 |
| Casca e tubo | Resfriadores | Gases a 1 bar | Água | 5 - 35 |
| " | " | Gases a 200 bar | Água | 150 - 400 |
| " | " | Gases em geral | Água | 20 - 300 |
| " | " | Óleos leves | Água | 350 - 700 |
| " | " | Óleos pesados | Água | 60 - 300 |
| " | " | Solventes orgânicos | Água | 250 - 750 |
| " | " | Água | Salmoura | 600 - 1200 |
| " | " | Gases em geral | Salmoura | 15 - 250 |
| " | " | Solventes orgânicos | Salmoura | 150 -500 |
| Camisa de tanque | Fluido 1 na camisa | Água | Compostos orgânicos leves | 200 - 300 |
| " | " | Água | Soluções aquosas | 200 - 500 |
| " | " | Vapor | Compostos orgânicos leves | 250 - 500 |
| " | " | Vapor | Soluções aquosas | 500 - 700 |
| Serpentina submersa | Com agitação (fluido 1 no tubo) | Óleos leves | Água | 200 - 300 |
| " | " | Soluções aquosas | Água | 400 - 700 |
| " | " | Vapor | Óleos leves | 300 - 500 |
| " | " | Vapor | Óleos pesados | 200 - 400 |
| " | " | Vapor | Soluções aquosas | 800 - 1500 |
| Serpentina submersa | Sem agitação (fluido 1 no tubo) | Óleos leves | Água | 100 - 150 |
| " | " | Soluções aquosas | Água | 200 - 500 |
| " | " | Vapor | Óleos leves | 200 - 300 |
| " | " | Vapor | Óleos pesados | 70 - 150 |
| " | " | Vapor | Soluções aquosas | 500 - 1000 |
| Trocador a ar | Fluido 1 no tubo | Água | Ar | 300 - 450 |
| " | " | Compostos orgânicos leves | Ar | 300 - 700 |
| " | " | Compostos orgânicos pesados | Ar | 50 - 150 |
| " | " | Hidrocarbonetos em condensação | Ar | 300 - 600 |
| " | " | Gases de combustão | Ar | 60 - 180 |
| " | " | Gases em geral | Ar | 50 - 300 |
| " | " | Vapor a baixa pressão | Ar | 700 - 850 |
| " | " | Vapores orgânicos | Ar | 350 - 500 |
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