Compreender a transferência de calor para dimensionar a caldeira e o sistema de distribuição de vapor.

Num sistema de aquecimento a vapor, o último elemento de aquecimento é a pressão do vapor.nico propO objetivo da geração e distribuição de vapor é fornecer calor a uma superfície de transferência de calor de um processo. Se se souber que a superfície de téSe o caudal necessário e a pressão de vapor forem conhecidos, então a taxa de consumo de vapor necessária pode ser determinada. Isto permitirá o dimensionamento da caldeira e do sistema de distribuição de vapor.

Métodos de transferência de calor

Sempre que existe um gradiente de temperatura, quer no mesmo fluido quer entre fluidos diferentes, ocorre transferência de calor. Esta pode ser efectuada por conduçãoA Comissão, a convecçãos ou radiação.

Transferência de calor por condução 

Sempre que existe um gradiente de temperatura, seja no mesmo fluido ou entre fluidos diferentes, a transferência de calor que ocorre é conhecida como condução. 

Quando o moléQuando as partículas de um fluido colidem umas com as outras, a energia é transferida das moléculas para o fluido.éOs energA energia das moléculas é transferida para aquelas com energias mais baixas. Uma vez que as temperaturas mais elevadas estão associadas a energias moleculares mais elevadas, a condução deve ocorrer no sentido da diminuição da temperatura.

Este fenómenoEste fenómeno pode ser observado em líquidos e gases. No entanto, nos líquidos, as interacções moleculares são mais fortes e mais frequentes, porque as moléculas do líquido estão mais intimamente relacionadas umas com as outras.éOs dois países estão mais próximos um do outro.

Nos sólidos, a condução é produzida pelas vibrações reticulares da atividade de ligação.mica.

A equação utilizada para expressar a transferência de calor por condução é conhecida como lei de Fourier. Quando existe uma distribuição linear da temperatura em condições de estado estacionário, para uma parede plana unidimensional, pode ser expressa como

A condutividade téA estabilidade térmica é uma caraterística do material da parede e depende da temperatura.

O A tabela seguinte mostra a variação da condutividade tétermodinâmica com controlo de temperatura para vários metais comum.

Considerando o mecanismo de transferência de calor por condução, em geral, a condutividade téA condutividade térmica de um sólido será muito maior do que a de um líquido, e a condutividade téO Comité das RegiõesA condutividade de um líquido será maior do que a de um gás. O ar tem uma condutividade téEsta é a razão pela qual os materiais de isolamento têm frequentemente um grande espaço de ar.

Transferência de calor por convecçãos website 

A convecção é a transferência de energia de uma fonte para outra.para aquecerTrata-se de uma combinação dos mecanismos de difusão e do movimento de massa do fluido. Na realidade, é uma combinação dos mecanismos de difusão e do movimento de massa do fluido.

Perto da superfície, onde a velocidade do fluido é baixa, a difusão (ou movimento molecular aleatório) domina. No entanto, à medida que se afasta da superfície, o movimento em massa tem uma influência crescente. A transferência de calor por convecção pode assumir a forma de convecção convecção forçada ou forçadaóConvecção natural. A convecçãoA convecção forçada ocorre quando o fluxo de fluido é induzido por uma força externa, como uma bomba ou um agitador. Em contraste, a convecção forçada ocorre quando o fluxo de fluido é induzido por uma força externa, como uma bomba ou um agitador.O provoca forças de flutuação, devido a diferenças de densidade causadas por variações de temperatura no fluido.

A transferência de energiapara aquecerOs seguintes são também exemplos dos efeitos de uma mudança de fase, como a ebulição ou a condensação.éIsto é conhecido como um processo de transferência de calor por convecção.

A equaçãoA Comissão, em conformidade com o procedimento previsto no nº 1, alínea b), do artigo 2º da Decisão 1999/468/CE, deveA lei de arrefecimento de Newton é expressa pela seguinte equação derivada da lei de arrefecimento de Newton:

Transferência de calor por radiação 

É conhecida como a radiação téA transferência de calor devido à emissão de calor do ar não é afetada pela transferência de calor.A eficiência energética doía de superfícies sob a forma de ondas electromagnéticas.ética. Na ausência de um meio interveniente, existe uma transferência líquida de calor entre duas superfícies a temperaturas diferentes. Esta forma de transferência de calor não depende de um meio material e é, de facto, mais eficiente no vácuo.o.

Equação geral de transferência de calor

Na maioria das situações práticas, é muito raro que toda a energia seja transferida por um único meio de transferência de calor. O processo global de transferência de calor será tipicamente a combinaçãoA Comissão é assistida por dois ou maisás diferentes mecanismos.

A equação que é geralmente utilizada para calcular a transferência de calor através de um permutador de calor éés de uma superfície utilizados no processo de conceção e que fazem parte da teoria da troca o calor é:

Coeficiente total de transferência de calor (U)

Tem em conta tanto a resistência condutora como a resistência convectiva.(a) a separação de dois fluidos distintos por uma parede sólida. O coeficiente total de transferência de calor é o recíproco da resistência total de transferência de calor: que é a soma das resistências individuais.

O coeficiente total de transferência de calor pode também ser mais elevado do que o coeficiente total de transferência de calor.én Considerar o grau de sujidade no processo de transferência de calor. A deposição de uma película ou incrustação na superfície de transferência de calor reduzirá consideravelmente a taxa de transferência de calor.

O fator de incrustação representa uma resistência téO stress térmico adicional causado pelas impurezas no fluido, a formação deO ferrugem e outras reacções entre o fluido e a parede.

A magnitude dos coeficientes individuais dependerá da natureza do processo de transferência de calor, das propriedades físicas dos fluidos, dos caudais dos fluidos e da disposição física dos superfície de transferência de calor.

Como a disposição física não pode ser estabelecida até que a área de transferência de calor tenha sido calculada, o projeto do permutador de calor é necessariamente um procedimento iterativo. Um ponto de partida para este procedimento é geralmente a seleção dos valores dospicos para o coeficiente total de transferência de calor de vários tipos de permutadores de calor.

A cO cálculo exato dos coeficientes individuais de transferência de calor é um procedimento complicado e, em muitos casos, não é possível porque alguns parâmetros são desconhecidos.

Por conseguinte, a utilização dos valores típicos estabelecidos para o coeficiente total de transferência de calor será adequada para fins práticos.O

Diferença de temperatura (△T)

A lei do arrefecimento de Newton afirma que a taxa de transferência de calor está relacionada com a diferença de temperaturas instantâneas entre o meio quente e o meio frio. Num processo de transferência de calor, esta diferença de temperatura varia em posição e com o tempo. A equação geral de transferência de calor foi desenvolvida como uma extensão da lei de Newton do arrefecimento, na qual a diferença média de temperatura é utilizada para estabelecer a área de transferência de calor necessária para uma carga téA composição química indicada.

Diferença média de temperatura (△TM)

A determinação da diferença média de temperatura num processo de tipo fluxo, como um permutador de calor, dependerá da direção do fluxo. Os fluidos primário e secundário podem fluir na mesma direção (fluxo paralelo / fluxo na mesma direção), na direção oposta (contrafluxo) ou perpendicularmente um ao outro (fluxo cruzado). Ao utilizar vapor saturadoA temperatura do fluido primário pode ser tomada como uma constante, uma vez que o calor é transferido apenas como resultado de uma mudança de fase. O resultado é que o perfil de temperatura já não depende da direção do fluxo.

No entanto, à medida que o fluido secundário passa sobre a superfície de transferência de calor, a taxa mais elevada de transferência de calor ocorre à entrada e diminui progressivamente ao longo do seu trajeto até à saída. Isto deve-se simplesmente ao facto de a diferença de temperatura entre o vapor e o fluido secundário diminuir com o aumento da temperatura secundária.

O perfil de temperatura resultante do vapor e do fluido secundário é geralmente mostrado como na figura abaixo.

O aumento de temperatura do secundário não é linear e é melhor representado por um cálculo logarítmico. Para este efeito, a diferença de temperatura média logarítmica ou LMTD ou ▵TLM.

Uma forma mais fácil (mas não exacta) de calcular a diferença de temperatura média é através da diferença de temperatura do fluido secundário e, para cálculos manuais rápidos, dará normalmente uma aproximação satisfatória da diferença de temperatura média a utilizar na equação acima. O perfil de temperatura AMTD é apresentado na figura abaixo.

Diferença média aritmética de temperaturaética (AMT)

Como não há mudança de temperatura no lado do vapor, o AMTD fornece geralmente um anUma análise satisfatória do processo de transferência de calor, que é fácil de efetuar.fácil de manipular em cálculos manuais.

No entanto, tambéméPode ser utilizada a diferença de temperatura média logarítmica, que tem em conta a variação não linear da temperatura do fluido secundário.

Diferença de temperatura média logarítmica(LMTD)

Em ambas as equações acima, assume-se que não há alteração na capacidade térmica.fica ou o coeficiente total de transferência de calor e que não existe péPerdas de calor.

Na realidade, a capacidade térmica específica pode mudar em resultado das variações de temperatura. O coeficiente total de transferência de calor é também conhecido como coeficiente total de transferência de calor.éO caudal pode mudar devido a variações nas propriedades do fluido e nas condições de escoamento. 

No entanto, na maioria dos casosa de os desvios serão quase insignificantes e a utilização de valores médios é perfeitamente aceitável.

Em muitos casos, o equipamento de permuta de calor será isolado da sua envolvente, mas o isolamento não é 100% eficiente. Por conseguinte, a energia transferida entre o vapor e o fluido secundário pode não ser responsável por toda a energia péA perda de calor do fluido primário.

Barreiras à transferência de calor em sistemas de vapor

A parede metálica pode não ser a única barreira num processo de transferência de calor. Existe também a possibilidade de a parede metálica não ser a única barreira num processo de transferência de calor.éO lado do produto pode também ter uma película de ar, condensado e incrustações no lado do vapor. No lado do produto pode também existir uma película de ar, condensado e incrustações no lado do vapor.éproduto aderente ou incrustações, para além de uma película de produto estagnada.

Para eliminar o efeito de película estagnada, o produto pode ser agitado, enquanto a limpeza regular do lado do produto reduzirá a incrustação.

Limpeza regular da superfície do lado do vapor do tamborén aumentoà taxa de  transferência de calor através da redução da espessura das camadas de incrustações, no entanto, isto pode nem sempre ser possível. Esta camada tambéméIsto pode ser reduzido através de uma atenção cuidadosa ao funcionamento correto da caldeira e à remoção de gotículas de água com impurezas da caldeira.

Condensação de película

A remoção da película de condensado não é tão simples. À medida que o vapor se condensa, cedendo a sua entalpia de evaporação, formam-se pequenas gotículas de água na superfície de transferência de calor. Estas fundem-se para formar uma película de condensado.A película de condensado contínua. A películaA película de condensado pode ser 100 a 150 vezes mais resistente à transferência de calor do que uma superfície de aquecimento em aço e 500 a 600 vezes mais resistente do que uma superfície de cobre.

CondensaçãoA Comissão deve

Se as gotículas de água na superfície de transferência de calor não derretem imediatamente e não formam uma película de condensação contínua, ocorre a condensação de gotículas. As taxas de transferência de calor que podem ser alcançadas com a condensação de gotículas são muito mais elevadas do que as que podem ser alcançadas com a condensação de película.cula.

Como uma maior superfície de transferência de calor é exposta durante o processo de transferência de calor, a superfície de transferência de calor do Na condensação gota a gota, os coeficientes de transferência de calor podem ser até dez vezes superiores aos da condensação por película.cula.

Na conceção de permutadores de calor em que a condensação se destina a ser uma condensação de gotículas, a resistência téA barreira de transferência de calor é insignificante em comparação com as outras barreiras de transferência de calor. No entanto, provou ser muito difícil manter condições adequadas para a condensação de gotículas.

Se a superfície forSe a película for revestida com uma substância que iniba a humidade, pode ser possível manter a condensação em gotículas durante um curto período de tempo. Para tal escoraExiste uma série de revestimentos de superfície, tais como silicones, PTFE e uma variedade de ceras e ácidos gordos que são aplicados nas superfícies de um permutador de calor onde se pretende criar condensação. No entanto, estes revestimentos perdem gradualmente a sua eficácia devido a processos como a oxidação ou a incrustação e, no final, acabarão por predominar. eventualmente o condensação de películacula.

Como o ar é um bom isolante, oferece ainda mais resistência à transferência de calor. O ar pode ser entre 1.500 e 3.000 vezes mais resistente ao fluxo de calor do que o aço e entre 8.000 e 16.000 vezes mais resistente do que o cobre. Isto significa que uma película de ar de apenaslo 0,025 mm de espessura pode ter uma resistência à transferência de calor como uma parede de cobre de 400 mm de espessura. Naturalmente, todos estes rácios comparativos dependem do temperatura através deés de cada camada.

O A figura seguinte mostra o efeito que esta combinação de camadas tem no processo de transferência de calor. Estas barreiras à transferência de calor não só aumentam a espessura de toda a camada condutora, como também aumentam a espessura da camada de transferência de calor.éA condutividade t é grandemente reduzida pelo téA dinâmica da camada.

Quanto mais resistente for a camada ao fluxo de calor, maior será o gradiente de temperatura. Isto significa que, para atingir a mesma temperatura do produto, a pressão de vapor tem de ser significativamente mais elevada.

A presença de películas de ar e água nas superfícies de transferência de calor em aplicações de aquecimento de processos ou de aquecimento não é invulgar. Ocorre, em certa medida, em todas as unidades de processo aquecidas a vapor.

Para atingir a temperatura de saída do produto e minimizar o custo das operações de vapor de processo, deve ser mantido um elevado desempenho de aquecimento através da redução da espessura do produto e da redução da espessura do vapor. OO ar é normalmente o efeito mais importante na eficiência da transferência de calor e na sua remoção do fornecimento de vapor. Na prática, o ar tem normalmente um efeito mais importante na eficiência da transferência de calor e na sua remoção do fornecimento de vapor. aumentarO desempenho do aquecimento será melhorado.

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