Simulação de Trocadores de Calor

Trocadores de calor são um dos equipamentos mais presentes nos processos industriais. Eles são utilizados na transferência de energia térmica, por meio de uma superfície sólida, entre fluidos com diferentes condições de temperatura.

A eficiência de um trocador de calor depende de diversos fatores, como os materiais utilizados para a sua construção, as suas características geométricas, e, principalmente, os parâmetros relacionados aos fluidos empregados – o fluxo, temperatura, e o coeficiente de transferência de calor.

Os trocadores de calor mais usuais nas aplicações industriais são os do tipo casco e tubo, devido a existência de procedimentos bem estabelecidos para projetá-los e fabricá-los a partir de uma grande variedade de materiais.

Embora existam métodos para análises em trocadores de calor, como o método da efetividade-NUT e da diferença de temperatura média logarítmica, estes são consideravelmente satisfatórios para se obter os parâmetros relacionados ao escoamento no tubo. Para o escoamento no lado do casco, existem somente alguns métodos analíticos, ainda limitáveis. Métodos experimentais, com elaborações de protótipos, também são utilizados para estas análises, mas envolvem custos elevados ou parâmetros de funcionamentos complicados.

Neste contexto, a análise de um trocador de calor por simulações computacionais fornece resultados de parâmetros relacionados aos fluidos, como temperatura, velocidade e pressão. Além disso, podem ser obtidos resultados diretos das taxas de calor transferidas em todo o corpo do equipamento.

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A maior vantagem de se realizar uma análise de trocadores de calor por simulação computacional é estar utilizando uma ferramenta que permite auxiliar nas avaliações da eficiência do equipamento, ainda na fase de projeto. Desta forma, através dos resultados fornecidos computacionalmente pode-se tomar decisões no projeto de trocadores de calor, como melhores condições de entrada dos fluidos empregados e melhorias na estrutura geométrica do equipamento, além da aplicação de artifícios (como as chicanas) de forma otimizada para melhoria da circulação dos escoamentos e da transferência de calor no interior do trocador.