Por que a contracorrente costuma ter rendimento maior?

A contracorrente mantém uma diferença de temperatura mais uniforme ao longo do comprimento e pode aproximar a saída fria da entrada quente mais do que a cocorrente.

O que Cmin significa fisicamente?

C = ṁ c_p é a taxa de capacidade térmica. A corrente com C menor muda mais de temperatura no mesmo q, e por isso limita o fluxo de calor máximo possível.

Trocador de calor ε-NTU

Cocorrente e contracorrente: NTU = UA/Cmin, razão de capacidades Cr, rendimento, fluxo de calor e temperaturas de saída.

O modelo supõe regime estacionário, capacidades térmicas constantes, sem mudança de fase e sem perdas para o ambiente. Serve para intuir o dimensionamento antes da geometria detalhada do trocador.

Gráficos

Sobre o modelo

O trocador de calor transfere calor entre uma corrente quente e uma fria sem conhecer de antemão as temperaturas de saída. O método ε–NTU calcula o fluxo a partir da condutância UA e das capacidades térmicas C_h e C_c: a menor fixa o número de unidades de transferência NTU = UA/C_min e a razão de capacidades C_r = C_min/C_max. O rendimento ε relaciona o fluxo real com o máximo possível: q = ε C_min(Th,in − Tc,in). Comparam-se as fórmulas de cocorrente e de contracorrente, as trajetórias qualitativas de temperatura e a curva ε(NTU) no C_r atual. Supõem-se regime estacionário, propriedades constantes, sem mudança de fase, sem incrustação, sem perdas para o ambiente e arranjos de escoamento ideais unidimensionais.

Para quem: Térmica e transferência de calor: cálculo de um trocador pelo método ε–NTU.

Conceitos-chave

método ε–NTU
rendimento do trocador
número de unidades de transferência
razão de capacidades
contracorrente
cocorrente

Como funciona

NTU = UA/C_min, C_r=C_min/C_max, q=ε C_min(Th,in−Tc,in). Ao trocar cocorrente/contracorrente muda a fórmula ε(NTU,C_r); a contracorrente costuma dar um ε maior. À esquerda, trajetórias de temperatura das correntes; à direita, a curva de rendimento da troca com o ponto atual.

Fórmulas principais

NTU = UA/Cmin, Cr = Cmin/Cmax, q = epsilon Cmin(Th,in - Tc,in)

Cocorrente: ε=(1-e^{-NTU(1+Cr)})/(1+Cr); Contracorrente: ε=(1-e^{-NTU(1-Cr)})/(1-Cr e^{-NTU(1-Cr)})

Perguntas frequentes

Por que a contracorrente costuma ter rendimento maior?: A contracorrente mantém uma diferença de temperatura mais uniforme ao longo do comprimento e pode aproximar a saída fria da entrada quente mais do que a cocorrente.
O que Cmin significa fisicamente?: C = ṁ c_p é a taxa de capacidade térmica. A corrente com C menor muda mais de temperatura no mesmo q, e por isso limita o fluxo de calor máximo possível.

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