Contracorrente vs concorrente

Resposta curta:

No arranjo de contra fluxo: a diferença de temperatura (DT) entre os fluidos quente (HF) e frio (CF) é bastante constante no trocador de calor HE, o que aumenta a taxa de transferência de calor. Em outras palavras, a troca de calor - em qualquer seção ao longo da rota do HE - ocorre com a HF mais quente e a FC mais quente. Observe que a principal força motriz do CF está aumentando.

Fig.1 - Princípio do permutador de calor - Fonte: FEUP

Na disposição do fluxo de corrente: a diferença de temperatura (DT) entre os fluidos quente e frio diminui através do trocador de calor, o que reduz a taxa de transferência de calor. Em outras palavras, a troca de calor - ao longo da rota do HE - ocorre com uma IC mais baixa e mais quente e a CF menos aquecida. Observe que a força principal do inversor de calor do CF está subindo menos que a disposição do contra fluxo.

Na verdade, ele mantém o diferencial de temperatura menor em alguns pontos. Realmente tende a manter o diferencial de temperatura entre as correntes por todo o loop do trocador mais constante do que o co-fluxo. Elabore um experimento mental. Com o co-fluxo, a temperatura de saída de ambos os fluxos será a mesma. Basicamente, a média das temperaturas de entrada com contra fluxo, a temperatura de saída do fluxo a ser aquecido será próxima da temperatura da entrada do fluxo de aquecimento.

a taxa de transferência de calor é maior se a diferença entre o fluido quente (ar ou líquido) e o fluido frio for maior. com o co-fluxo, a diferença é muito alta no início, portanto, muito calor tentará transferir rapidamente, mas permanece alto por um período muito curto, à medida que a temperatura dos dois fluidos se aproxima. Se a troca de calor fosse infinitamente longa, no final, os dois fluxos teriam a mesma temperatura. Na prática, este nunca é o caso. o fluido quente ainda estará mais quente que o fluido frio. O objetivo é transferir a quantidade máxima de calor no tempo limitado que o fluido está passando através do trocador de calor. se os dois fluxos estiverem na mesma direção, a taxa de transferência de calor do quente para o frio diminuirá rapidamente à medida que os dois fluidos se aproximam da temperatura um do outro (o quente fica mais frio e o frio fica mais quente). Com um fluxo reverso, o fluido frio entra pela extremidade oposta, onde o fluido quente terá esfriado um pouco, mas ainda será muito mais quente que o fluido frio. À medida que o fluido frio se move, ele se aquece, mas também encontra um fluido quente progressivamente mais quente à medida que se aproxima da extremidade oposta do dispositivo, onde o fluido quente está entrando e está mais quente. o efeito líquido é que o calor é transferido a uma taxa razoavelmente alta por todo o trocador de calor, pois a diferença nas duas temperaturas é mais ou menos constante para todo o dispositivo. Isso permite um dispositivo menor (mais eficiente) projetado.

Como você pode ver na figura, para um fluxo de corrente, as correntes de calor e de frio significam diferenças de temperatura grandes e diminuem gradualmente. Enquanto em um fluxo de contracorrente, as diferenças de temperatura média entre as duas correntes são insignificantes na flutuação e razoavelmente consistentes.

Quando você toma o LMTD (diferença de temperatura média logarítmica) nos 2 casos, o valor é maior em um fluxo de contracorrente do que em um fluxo de co-corrente. Como sabemos que a transferência de calor depende muito da diferença de temperatura, o fluxo de contracorrente é melhor.