Aula 4 - Trocador de Calor

8/3/2019 Aula 4 - Trocador de Calor

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Casco Tubo

1Profa. Dra. Simoni M. Gheno

Projeto MecnicoProjeto Mecnico

Requisitos a serem observados

Transferncia de CalorPerda de CargaRestries de TamanhoMateriais

Profa. Dra. Simoni M. Gheno22


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Normalmente, o projeto trmico de umtrocador de calor inicia com o reenchimentopreliminar de uma folha de dados,completada posteriormente aps a definiodo tipo construtivo e do projeto trmico do

trocador.


Esta folha de dados, juntamente com osdesenhos do fabricante, fazem parte dadocumentao do equipamento


Propriedades fsicas dos fluidos

Viscosidade Condutividade trmica Calor especfico Densidade



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Projeto MecnicoProjeto MecnicoConsideraes gerais

incrusta o normalmente suave atemperaturas abaixo de 120 C (250 F). A vaporizao num trocador de calorpode causar severa incrustao, devido a

concentrao das sujeiras no lquido.


incrustao.


Fluidos que devem ser alocados nos tubos

gua de resfriamento fluidos corrosivos ou que podem provocarincrustaes fluido operando em P elevadas



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Projeto MecnicoProjeto MecnicoFluidos que devem ser alocados nos tubos

se a diferena entre as temperaturas deentrada e sada de um fluido for muitoelevada (> 150 C), este fluido usualmente

circular pelo casco, se houver mais que


.

A chicana uma parteintegral do projeto deTROCADOR DE CALORcasco tubo.

projetada parasuportar o feixe de tubos


escoando externamenteaos tubos para a mximaeficincia de trocatrmica


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Funes

,causados pelas vibraes,garantir o fluxo cruzado do fluido do casco,aumentando aconveco forada sobre os

tubos.


O corte das chicanas definida como arazo entre a abertura e o dimetro internode um casco.

Espaamento: norma TEMA

Opasso das chicanas definido como oespaamento entre as chicanaslongitudinalmente dentro do casco.

comprimento mximo do tubo nosu ortado Lm


0,75

em 74dL Tubos de ao carbono e suas ligas, Ni esuas ligasSubtrair 12% para tubos de Cu, Al, Ti, ZrDe: dimetro externo do tubo


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passo mnimo recomendado como-

for maior

A distncia entre as chicanas e os espelhos definida em funo dos detalhes


.

A reduo do espaamento da chicana, na,

de troca de calor do lado do casco, entretanto,o aumento do nmero de chicanas tende a

aumentar os vazamentos da corrente principalno casco, reduzindo o efeito da diminuio do


espaamen o.


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A chicana mais conhecida a segmentar

A parte cinza representa a chicana que


consiste em um disco cortado, o setor cortado ajanela (J) da chicana, por onde escoar ofluido do lado do casco.

A chicana mais conhecida a segmentar

A altura da janela (J) da chicana


representada por Lc, e razo Lc/Ds o corteda chicana

sc/DLchicanadacorte Ds: dimetrointerno docasco


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O corte das chicanas segmentares pode,

20% a 30% o mais comum e 25% o valortpico.Quando o objetivo da chicanas for apenas

suportar os tubos o corte pode atingir at


48%

Quando o trocador de calor exigir perda de, -

duplamente ou triplamente segmentares



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Quando o trocador de calor exigir perda de, -

duplamente ou triplamente segmentares


Passe ou passagem est relacionada ao

outra do trocador.

Trocador casco tubo n-m:n: passagem no casco


m: passagem no tubo


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Fluido que escoa dolado do tubo entra

1 passe no casco1 passe nos tubos

atravs de um bocal,percorre o trocador deponta a ponta uma

nica vez e sai pelo


Casco: (mesmoraciocnio)

Trocador casco tubo 1-1



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Trocador casco tubo 1- 2


1 passagem no casco e 2 passagens nos tubos


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na mesma extremidade do trocador.

O carretel frontal possui uma divisria queimpede que o fluido que entra pelo bocal 3

tenha acesso a todos os tubos.


2 passagens nos tubos: Uma estar paralelacom o fluido do casco enquanto a outraestar em contra-corrente


Em termos de T e fixadas as 4temperaturas terminais, esse modelo detrocador de calor apresentarvalorinferior ao obtido em contra-corrente pura,

ois uma das assa ens est em aralelo


com o casco.


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Pergunta: Se o T do trocador 1-2 inferiorao T do trocador 1-1 em contra-corrente,com as mesmas temperaturas terminais,

porque utiliz-lo?


?


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Uso de passagens mltiplas no tubo implicaem aumento da velocidade do fluido

Se tivermos 2 trocadores de calor, 1-1 e 1-2,

com mesmo dimetros dos tubos:-


Toda a vazo se distribuir portodos os tubos

rea total: Atubo*nro de tubos


1-2Vazo do lado tubo dever passar

por metade dos tubosrea total: Atubo*(1/2nro de tubos)Dessa forma: avelocidade ser o


dobro daquela para o trocador 1-1Aumento de velocidade: aumento de

h, U, reduo da incrustrao, masaumento da perda de carga


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Possibilidades: O aumento de U implicar em menor rea

de troca, podendo compensar a reduode T

umento de velocidade reduz efeito da


incrustao (uma passagem do lado dostubos no suficiente para atingir avelocidade mnima que atenuaria ainscrustao.




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Projeto MecnicoProjeto MecnicoTipos de Trocadores Casco Tubo Norma

TEMA

Tipo ECom um passe no

lado do casco

Tipo FCom dois passe nolado do casco





Tipos de Trocadores Norma TEMA

A Norma TEMA estabelece os critrios para oprojeto, construo, teste, instalao emanuteno destes aparelhos.So definidas 3 classes de trocadores:




Classe B Classe C


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Projeto MecnicoProjeto MecnicoTipos de Trocadores Norma TEMA

Classe R: para uso em aplicaesrelacionadas ao processamento de Petrleo.Considerado servio severo.

Classe B: para uso na indstria qumica em




. Classe C: para servio consideradomoderado na indstria em geral.

Equaes FundamentaisEquaes Fundamentais

fluxo de massa (Gt) para o escoamento

ti

tttt

S

mV

t

.

N

nG

Profa. Dra. Simoni M. Gheno34Profa. Dra. Simoni M. Gheno 34

: ens a e m a o u o os u os g mVt: velocidade mdia dentro dos tubos (m/s)

Nt: nmero de trajeto nos tubos

n: nmero total de tubos

Sti: rea da seo de escoamento interna de um tubo (m2)


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fluxo de massa (Gc) fluxo de massa para o

Sc: rea da seo de escoamento para o fluxo

C

.

SG bc

m Fac DlC S

s

desCC ba


cruza o a rav s o e xe e u osmb: descarga da frao do escoamento total que

realmente cruza o feixe de tubosl : distncia entre duas chicanas adjacentes (m)

fluxo de massa (Gc) fluxo de massa para o

DF: dimetro do feixe (m)

C

.

SG bc

m Fac DlC S

s

desCC ba


s: passo os u os


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O fator de correo F definido como a

mdia real no trocador e a mdia dasdiferenas de temperatura (MLDT) emcontracorrente, ou seja:

T


correnteMLDTcontra

F: indicao de penalidade que ocorre devidoao fato de o escoamento no ser totalmente emcontracorrente

Ainda precisaremos de 2 adicionais de

R - razo entre a queda de temperatura do fluidouente e o aumento de tem eratura do fluido frio.

12

21

tt

TTR

11

12

tT

tt

S


S (efetividade trmica) - razo entre o aumentode temperatura do fluido frio e o mximo aumentoque esse fluido poderia ter em contracorrente


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Linha pontilhada: situao de encontro dastemperaturas T2=t2T: temperatura do fluido quente (12: resfriamento)t: temperatura do fluido frio (21: aquecimento)

Dessa forma possvel calcular-se o T real

entecontracorr

Para um trocador com diferentes passagens

no casco e no tubo, a equao de projetopassa a ser:


entecontracorrMLDTFAUQTAUQ


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O fator F definir, no projeto, o nmero deassa ens no casco. Costuma-se utilizar um

valor mnimo para F de 0,8, mas caso otrocador em estudo apresente valor de Finferior, seu uso fica inviabilizado e deve-se

buscar uma nova configurao


Como aumentar F?aumentando-se o nmero de passagens pelo

casco

Coeficiente Global de TCCoeficiente Global de TC

O coeficiente global de transferncia de calorem um trocador U definido assim :

U

h h

C

i e

1

1 1



1 1 1

U h hC i e


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Fator de IncrustaoFator de Incrustao

As incrustaes (sujeira ou corroso) vosi nificar uma resistncia trmica adicional troca de calor.

Rd: denominada fator fuligem

. totale TAq



d

ei

Rhh

externofuligemfator

internofuligemfatorfuligemfator=e

de

di

ddedidR

RRRRR


Trocadores Casco-Tubo testados e certificados segundo NR-13Brunnschweiler Latina


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Outros tipos de Trocadores deOutros tipos de Trocadores deCalorCalorOblong Plate & Shell



Outros tipos de Trocadores deOutros tipos de Trocadores deCalorCalor

Oblong Plate & Shell

Aplicaes Indstria qumica: Condensador, Sistemasde recuperao de calor para altas presses etemperaturas,Condensador de Etanol




vapora or on ensa or

Recuperador de calor residual para altapresso e temperatura


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Outros tipos de Trocadores deOutros tipos de Trocadores deCalorCalorOblong Plate & Shell

Aplicaes Sistema de recuperao de solvente deetanol condensado

Sistemas urbanos de aquecimento




Aquecimento com vapor

Este tipo detrocador

Trocadores de Calor de PlacasTrocadores de Calor de Placas

construdo complacas lisas ou comalguma forma de

ondulaes.Geralmente, este


suportar pressesmuito altas.


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Capacidade :de trocaat 90 KW


Vazo: 200 l/minPresso Operacional:at 27 barFluido Operacional:

leo, gua, glicol,


Faixa de temperatura -10at 225CPosio de Montagemopcional




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gua leo

Sistemas Hidrulicos

Prensas

Sistemas de Lubrificao


Bancadas de Testes


gua leoLubrificao e resfriamento leo de turbina



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gua leoRefrigerao sistema de lubrificao



gua leoRefrigerao do leo hidrulico sistema defiltrao



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gua leo1 Placa de Fixao

aca e ress o3 Suporte4 Viga5 Viga inferior6 Rolo

7 Viga de aperto


9 Revestimento de borracha10 Vedao11 Placas para TC




Gaxeta: fixada em toda periferia da placa,delimitando o fluxo de escoamento do fluidoe evitando vazamentos externos.


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vazes dos fluidos,

propriedades fsicas dos fluidos,perdas de carga

temperaturas



No existe mistura de fluidos em funo daseparao feita pelas placas e pela duplavedao das gaxetas.


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As ranhuras induzem turbulncia queelevam a troca trmica e fornecem aresistncia mecnica necessria parasuportar a P entre os fluidos.


Materiais

Placas: AISI304, 304L, 316, 316L, Titnio,Titnio-Pd, Nquel, ...

Gaxetas: NBR, HNBR, EPDM, FPM, Neoprene,IIR Butlica Silicone FKM H alon.



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Trocadores de Calor de PlacasTrocadores de Calor de PlacasAplicaes

Indstrias: Naval, Automobilstica, Txtil,Papel e Celulose, Qumica, Siderrgica,Metalrgica, Alimentcia, Ar Condicionado,Energia


Outros tipos de Trocadores deOutros tipos de Trocadores deCalorCalor

Profa. Dra. Simoni M. Gheno64Alfa Laval

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