Cópia de Projeto Trocador de Calor 06112010

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1 - Especificação

A tabela abaixo apresenta os dados principais para o projeto do trocador de calor.

Tabela 1: Dados de entrada para o projeto do trocador de calor

2 - Definições preliminares

( Carga térmica desejada)

90 + 40 = °C

Kg x h x x ( 90 - 40 ) K =

h s

18 + 40 = °C

J = x h x x ( 40 - 18 ) K

s s

(Vazão mássica necessária para fluído frio)

2

3600 Kg.K

2,910,537 1 4173.096 J

Kg.K

J

3600

1

0.000473 0.000748

W

Fluído Água do mar Unidades

(SI)

Água Desmineralizada

(Fuído quente) (Fluído frio)

65.0

Tm = 29.0 CpH = 4,173 J/Kg.K

PROJETO DE TROCADOR DE CALOR - SEGUNDO MÉTODO DE BELL DELAWARE

Propriedades

2,910,537

Analisando o fluído quente: Para as propriedades termofísicas da água desmineralizada, serão

consideradas igual a água comum.

J/Kg.K

29 °C

Fluído - lado tubos X

0.001002

4,191 4,173

W/m.°C

-5.01

Fluído - lado casco X

4,191Tm =

Temperatura na saída (Ts ) 40

3.06

Temperatura na saída (Tm )

Calor específico (Cp)

Viscosidade dinâmica (μƒ)

Condutividade térmica (Kƒ) 0.655

Número de Prandtl (Pr ƒ)

0.001021

Kg/h

°C

°C

Vazão em massa ( ) 50,000 114,129

Temperatura na entrada (Te ) 90 18

40

-

Foi considerado a água do mar como fluído interno, pelo fato de ser a água de resfriamento,

corrosivo e que pode provocar depósitos ou incrustações. Em caso de manutenção seria mais fácil a

remoção de incrustação interna (lado tubo), ao invés de inscrustação externa (lado casco).

2

65.0

50,000

-

CpH =

Analisando o fluído frio: Para as propriedades termofísicas da água do mar, serão consideradas

igual a água comum.

Nesta etapa do projeto será considerado um trocador de calor, tipo casco e tubo, com um

passe no casco, um número múltiplo de dois passes nos tubos e correntes cruzadas-contrárias.

m²/s

J/Kg.°C

N.s/m²

Volume específico (עƒ)

0.621

4191.173

114,129 Kg/h

Utilizando o método da efetividade, para estimar a área de troca necessária, no projeto

preliminar:

m

TCpmQ d **

m

m

dQ

TCpmQ d **

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W = W/K

( 90 - 40 ) K

W = W/K

( 40 - 18 ) K

W x ( 90 - 18 ) K = W

K

W =

W

=

Equação 11.31b (INCROPERA)

Equação 11.31c (INCROPERA)

=

1.32

Calculando o produto do coeficiente global de transferência de calor e a área total de troca

térmica ( UA )

1.818

58,211105,830

58,211 4,191,173

Calculando a efetividade ( ε )

2,910,537

4,191,173

0.694

Para um trocador de calor, tipo casco e tubo, com um passe no casco, um número múltiplo de

dois passes nos tubos.

Calculando o número de unidades de transferência ( NUT )

Calculando a razão das capacidades térmicas ( C r )

58,211

132,297

W/K

W/K

0.44

2,910,537 132,297

58,211

W/K

Valores representativos do coeficiente global de transferência de calor para trocadores com

combinação de fluxo, tipo água - água:

1.82

W/K

Utilizando o método da efetividade, para estimar a área de troca necessária, no projeto

preliminar:

2,910,537 58,211

TCq *

fC

qC

mínC

máxmínmáx TCq *

máxq

máxq

q

máx

mínr

C

CC

rC

NUT

mínC

UANUT

UAUA

1

1ln*1 2

12

E

ECNUT r

21

21

12

r

r

C

CE

E

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W/m².K (INCROPERA)

=

=

Adotado tubos padronizado de comprimento igual a ft , ou seja m

Tabela 2: Possíveis disposições para os tubos do trocador

3 - Dimensionamento

de = in = mm

e = in = mm tabela 6.4 pg.6.23 (apostila Unicamp)

di = in = mm

Material: Aço carbono

Definição do passo entre tubos:

de = in

Disposição triângular

Adotado passo ( P ) igual a vezes o diâmetro externo ( de ) dos tubos

Portanto:

m²

850

Para o detalhamento do trocador será utilizando o maior valor de U , pelo fato de se obter uma

menor área de troca possível (trocador mais compacto), porém o que limitará a área de troca serão

as velocidades e perdas de carga no circuito.

4

Calculando o intervalo de área possível para a troca térmica:

105,830

1,700

Caso Ø interno

( mm )

Comprimento

adotado ( m )

Ø externo

( pol )

Esp.

( pol )

14.83

4.270.083

3 0.109

4.272

62.3 m²

105,830 124.5

4.27

19.9

143

Área de troca

( m² )

62.3

62.3

62.3 1774.27

234

14.8

62.3

26.2

32.61 1/2

1 1/4

1

4.27

Adotando-se um comprimento aproximado dos tubos e o intervalo de área possível para a

troca térmica, poderíamos ter as varias disposições, como mostra a tabela 1:

0.109

14.0

Número de tubos

313

Para o projeto será adotado um trocador do tipo AES, ou seja, cabeçote estacionário tipo A,

casco tipo E (com um passe no lado do casco) e cabeçote traseiro tipo S (flutuante), permitindo

assim, a manutenção do equipamento pelo fato de se trabalhar com fluído que tem a possibilidade de

acumular incrustação na parede interna dos tubos.

2.11

3/4

3/4 19.05

Quanto a disposição dos tubos. Como o fator de inscrustação do lado externo aos tubos é

0,0005 ft².°F/BTU, ou seja, inferior a 0,002 ft².°F/BTU, será utilizado arranjo triângular para garantir

um menor diâmetro do casco, consequentemente menor custo do equipamento.

Como o fator de incrustação interno aos tubos é 0,0005 ft².°F/BTU, ou seja, menor que 0,003

ft².°F/BTU, recomenda-se tubo de diâmetro externo igual a 3/4".

0.083

tabela 6.5 pg.6.25 (apostila Unicamp)

0.584

1.29

0.109

3/4

1

1700850 U

Amed

máxA

LnDA i ***

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x = mm in

Número de passes

Número de passe lado do casco ( nc ) Passe

Número de passes lado dos tubos ( nt ) Passes

Diâmetro do casco

Diâmetro máximo = in (usualmente)

O diâmetro interno do casco ( Di ) pode variar entre

6 a 8 vezes menor que o comprimento ( L ) dos tubos

Portanto:

m

in

adotado Ø nominal = in ( Padrão ) tab.6.6 pg 6.27 (apostila Unicamp)

Di = in

espessura = in

Contagem dos tubos

Di = in Quantidade total de tubos recomendado = tubos

de = in

Disposição triângular tab.6.7 pg 6.28 (apostila Unicamp)

P = in

nt = - Quantidade total de tubos adotado = tubos

Diâmetro da envoltória do feixe tubular ( Df )

Di = in

nf = x ( in

Df = ( - 1 ) x x = in

Df = in

Chicanas

Adotado chicana segmentar - Corte na posição vertical

Adotado corte da chicana igual a % do Ø interno do casco ( 20 ~ 30 % )

Corte da chicana ( h ) = x = in

Espaçamento entre as chicanas intermediárias ( l )

Di = in

Corte da chicana = %

= % tab.6.9 pg 6.32 (apostila Unicamp)

l = x = in = mm

Total de chicanas intermediárias ( Nb )

L = m = in

l = in

23 1/4

20

23 1/4 0.25 5.8

1.0

340

0.7112

1.1

20.283

2.0

^ 0,5 ) = 20.28

0.750 20.03

21.00

1.0

28.00

23 1/4 0.50

l

Di

50.0

≤ Di ≤

≤ Di ≤

3/4

3/8

24

25

376

0.5334

340

23 1/4

24.57P = 1.29 19.05

295

23 1/4

1.0adotado passo =

1

2

48

4.27 168

11.6

11.6

25.0

23 1/4

tab.6.6 pg 6.46

(apostila Unicamp)

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- x - - =

( Nb ) =

Espaçamento entre última chicana e espelho ( lm )

#

Di = in

Ø bocal de entrada (dc1) = in tab.6.10 pg 6.35 (apostila Unicamp)

Classe de pressão bocal = PSI

Fator (l1f) = in tab.6.7 pg 6.33 (apostila Unicamp)

+ = in (entrada)

Di = in

Ø bocal de saída (dc2) = in tab.6.10 pg 6.35 (apostila Unicamp)

Classe de pressão bocal = PSI

Fator (l2f) = in tab.6.8 pg 6.34 (apostila Unicamp)

+ = in (saída)

Folga tubo-orifício da chicana

Comprimento não suportado do tubo = in = cm

Folga = mm pg 6.37 (apostila Unicamp)

Folga chicana-diâmetro interno do casco

Øint casco = in

Folga = mm tab 6.11 pg6.37 (apostila Unicamp)

Resumo das características geométricas do trocador

Número total de tubos ( n ) - Projeto preliminar

N° de passes lado dos tubos ( nt )

Diâmetro interno do casco ( Di )

Distância entre chicanas adjacentes ( l )

Espaçamento das chicanas na entrada do casco ( l1m )

Espaçamento das chicanas na saída do casco ( l2m )

Corte da chicana ( h )

Diâmetro da envoltória do feixe de tubos ( Df )

Número de pares de tiras selantes ( Nss )

Diâmetro do bocal de entrada do casco ( dc1 )

Diâmetro do bocal de saída do casco ( dc2 )

Diâmetro externo dos tubos ( de )

Diâmetro interno dos tubos ( di )

Arranjo triângular 30°

Comprimento dos tubos ( L )

Passo dos tubos ( P )

4 - Dimensionamento Termo-hidráulico do trocador

Cálculo do coeficiente global de tranferência de calor ( U )

25.4 mm

152

mm

152 mm

mm

19.05 mm

4 -

148

mm

14.8 mm

4,267

295 mm

320 mm

mm

509 mm

434

12.7320.0 434.3

-

2 -

591 mm

340

150

13.0

0.14267

295.3

590.6

17.1

6.6

l1m =

6

Total chicanas intermediárias ( Nb ) =

23 1/4

6.6

150

11.1

6 12.6

29.5

0.8

3.81

11.1 6

11.6

23 1/4

6

23 1/4

l2m =

eee

fe

fi

fi

iie AhA

R

LK

dide

A

R

AhUA

1

2

ln11""

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Cálculo do coeficiente de película ( hi ) - Lado interno aos tubos

Temp. média fluído ( Tmfi ) = °C

Água do mar Temp. média parede interna ( Tsi ) = °C

Temp. de filme interno ( Tfi ) = °C

Diâmetro interno dos tubos ( di ) = m

N° total de tubos ( n ) = -

N° de passes lado dos tubos ( nt ) = -

Área interna do tubo ( Ai )

Ai = x ( )² = m²

Área de passagem total ( Ait )

Ait = x = m²

Velocidade interna ( Vi )

Kg x h = Vi x m² Vi = m

h s m³ s

Kg

Número de Reynolds ( Re )

m m

s

N.s x m³

m² Kg

Re = ( Re > 5.000 - Escoamento turbulento )

Pr =

L/di =

Equação de Dittus-Boelter

0,7 ≤ Pr ≤ 160

Re =

23,426

4.55

288

0.000683308 0.001007

1.09

x 0.0148

114,129 1

3600

0.029379

0.001007

Tf

( °C ) ( m³/s) ( N.s/m² )

Volume esp. (עƒ)

1.09

4

0.000173

0.000173 340 0.029379

37.5 0.001007 0.000683

3.142 0.0148

4.55

Viscosidade din. (μƒ) Núm. de Prandtl (Pr ƒ)

( W/m.K ) ( - )

0.629

0.0148

2

Condut. térmica (Kƒ)

29.0

2

340

46.0

37.5

eee

fe

fi

fi

iie AhA

R

LK

dide

A

R

AhUA

1

2

ln11""

4

2diAi

nt

nAtA i

i

.

ff

ii dV

.

.Re

f

ii tAVQ

.

nNu PrRe023,0 54

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Re ≥ 10.000

L/di ≥ 10

Aquecimento n = Nu =

= ht x hthi = W

K

Fator de incrustação - Lado interno

Fluído - Água do mar tab 11.1 (INCROPERA)

Velocidade ( Vi ) = m/s

ft/s m².K/W

Condutividade térmica do material dos tubos

Material: Aço carbono tab A.1 (INCROPERA)

Temperatura °C

Adotado Tm = 300 K K = W/m.K

Fator de incrustação - Lado externo

Fluído - Água desmineralizada tab 11.1 (INCROPERA)

Velocidade ( Ve ) = m/s

ft/s m².K/W

Cálculo do coeficiente de película ( he ) - Lado do casco

Eq. 6.31 - pag. 6.67 (apostila Unicamp)

Cálculo do hideal


Área da seção do escoamento para arranjo triângular 30° ( Sm )

Eq. 6.41a - pag. 6.76 (apostila Unicamp)

- - -

m²

Temp. média fluído ( Tmfe ) = °C

Temp. média parede externa ( Tse ) = °C

Temp. de filme externo ( Tfe ) = °C

Núm. de Prandtl (Pr ƒ)Tf Volume esp. (עƒ) Viscosidade din. (μƒ) Condut. térmica (Kƒ)

+ 0.509

57.0

0.060283

65.0

0.019

0.629 W

m.K

m

0.0254

49.0

3.56 0.0001

60.5

0.019 x 0.0254

1.09

0.295 0.59055

1.12

0.509

0.34

0.0001

5,598132.01

0.4 132.01

0.0148

Água desmineralizada

47.7

nNu PrRe023,0 54

f

it

K

dhNu

.

"

fiR

srblcideale JJJJJhh ....

14,0

32

.Pr...

c

e

m

cciideal

t

S

mCJh

e

ef

fim dPP

dDDDlS ..

mS

mS

feR"

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Número de Reynolds


Kg x h

h s x m

Re = m² Re = Escoamento

turbulento

Fator de Colburn ( Ji )

Eq. 6.43 - pag 6.77 (apostila Unicamp)

Constantes das equações

Arranjamento 30°

10000 ≤ Rec ≤ 100000 tab 6.17 pg 6.77 (apostila Unicamp)

a = =

1 + x ( ^ )

Ji = x x ^ =

Calculando hideal

x x x ( ^

W/m².K

Cálculo de Jc ( correção pelo fato do escoamento não ser totalmente cruzado )


4,009

0.000683

0.000489

-0.14

3600

3.15 ^ -2/3

0.060283

0.009389

0.009389 4,173 50,000 ) x

0.0254

0.01905

8,975 -0.388

1.450

0.519

0.086476

0.321

1.33 0.086476

0.14 8,975 0.519

m²

8,975

Re

0.321

a1 a2 a3 a4

-0.388 1.450

57.0 0.001016 0.000489

50,000 1

3600

8,975

N.s

( - )

0.01905

0.000489

0.06028

3.15

( °C ) ( m³/s ) ( N.s/m² ) ( W/m.K )

0.650

c

m

c

c

deS

m

.

Re

2

1 Re.33,1

.a

c

a

e

i

dP

aJ

4Re.14,01

3

a

c

aa

14,0

32

.Pr...

c

e

m

cciideal

t

S

mCJh

idealh

idealh

cc FJ .72,055,0

wc FF .21

2

2

.4

.2

.2

1

f

f

w

D

senD

F

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- 2 x ° = rad

x x ( - )

x ( ^ 2 )

1 - 2 x

+ x

, pois 2 x = mm < 914 mm ( ver 6.3.9 )

Eq. 6.52

(apostila Unicamp)

Eq. 6.53 - pag. 6.83

(apostila Unicamp)

Eq. 6.54 - pag. 6.83

(apostila Unicamp)

Eq. 6.55 - pag. 6.83

(apostial Unicamp)

(ver 6.3.9 - pag. 6.84)

(apostila Unicamp)

Eq. 6.50 - pag. 6.84

(apostila Unicamp)

2

^ 2

1.903109.1

1.903 sen ( 1.903

591

509

1.05

Cálculo de Jl ( correção devido ao efeito dos vazamentos casco-chicana e tubos-chicana na

transferência de calor )

5093.14

4

0.153

0.1525

0.695

0.55 0.72 0.695

0.8 295 591

Eq. 6.51 - pag. 6.84

(apostila Unicamp)

0.5 509

148

2

2

.4

.2

.2

1

f

f

w

D

senD

F

f

i

D

hD 2.cos2 1

1cos2

wF

wF

cF

cF

cJ

cJ

mssl rrrJ .2,2exp.144,01144,0

tbsb

sbs

ss

sr

m

tbsbm

s

ssr

21.

2. sb

isb Ds

iD

h21.cos.2 1

22.

4..

2

1etbe

ctb ddn

Fs

isb D.004,01,3

tb

sb

Página 10 de 18

+ x = mm

1 - 2 x = = rad

x x x 1 - = mm²

2 x

1 + x x x ( + -

mm²

=

+

+ =

x ( 1 - 1 - ( x ( 1 - x )

( ideal estar na faixa entre 0,7 a 0,8 - pag. 6.82 (apostila Unicamp) )


Escoamento turbulento





= x = mm

= = mm

- 2 x =

=

3.14

2.09 3378

19.05

120.0 2.09

0.8 ) ^ 2

2

3.1 0.004 591 5.46

148

591

7043

3378 7043

2

340

3.14 591 5.46

Cálculo de Jb ( correção devido ao efeito dos desvios do escoamento )

0.173

7043

3378 0.324

0.44 0.324

3378

)) x exp ( -2.20.44 0.324 ) + (

19.05 ^ 23.14

4

0.69499

22.0

25.4

2

12.70

25.4

2

cotg ( 30° )

60283

0.173

1.25

591 148

4

13.4

0.298

0.778

22.0

13.4

sb

1cos.2

sbs

tbs

tbs

sr

mr

lJ

lJ

3 .21..exp bsbpbb rFcJ

bc

m

bsbp

s

sF

ld

NlDDs epfib .

2..

c

ssb

N

Nr

p

ic

P

hDN

.2

30cot.2

gP

Pp

2

PPn

cN

br

Página 11 de 18

( - ) x = mm²

=

- x x ( 1 - ( 2 x

Re = ( escoamento turbulento )


= =

= =

Escoamento turbulento

n =

( 13 - 1 1 - 1 - )

( 13 - 1 ) + +

x x x x =

( ideal estar em torno de 0,6 - (apostila Unicamp - pag. 94) )

Cálculo do coeficiente de película ( he ) - Lado do casco

x

W/m².K

Cálculo do coeficiente global de tranferência de calor ( U )

Número total de tubos ( n ) = -

24127.47509 295

0.4

24127

60283

0.4

591

0.298 ) ^ (1/3) )

Cálculo de Js ( fator que leva em conta o fato de que as chicanas de entrada e de saída

podem estar espaçadas diferentemente das chicanas intermediárias )

exp ( 1.25

0.924

Cálculo de Jr ( correção para gradiente adverso de temperatura em escoamento laminar )

8,975

1.0

0.6

1.471

) + ( 1.084

320

295

1.084

434 1.471

1.05 0.778 0.924 1.000

295

0.6

0.976

Cálculo do efeito combinado de todos os fatores de correção

) + ( 1.471) ^ (

0.976 0.736

0.6 ) ^ (

1.084

4,009 0.7362

2,951

340

bJ

sbpF

bs

bJ

rJ

*

2

*

1

1*

2

1*

1

1

1

llN

llNJ

b

nn

bs

l

ll 1*

1

l

ll 2*

2

sJ

sJ

crblc JJJJJ ....

eh

eh

Página 12 de 18

Diâmetro externo dos tubos ( de ) = m

Diâmetro interno dos tubos ( di ) = m

Comprimento dos tubos ( L ) = m

Área de troca - lado externo ( Ae ) = m²

Área de troca - lado interno ( Ai ) = m²

Coeficiente de película interno ( hi ) = W/m².K

Fator de incrustação interno ( R"fi ) = m²/K.W

Condutividade do material ( K ) = W/m.K

Fator de incrustação interno ( R"fe ) = m²/K.W

Coeficiente de película externo ( he ) = W/m².K

= + + ln ( 1.3 ) + +

U x x 2.π x x 4 x 340 x

= + + + +

U x

U = W/m².K

Verificando a temperatura da parede do tubo estimada anteriormente ( Tsi e Tse)

Temp. média fluído externo( Tfi ) = °C

Temp. média fluído externo( Tfe ) = °C

q = x ( - ) = W/m²

A

= + U = W/m².K

U x

= ( Tsi - ) 40 °C estimado Tsi = °C Ok

= + U = W/m².K

U x

= ( - Tse ) 42 °C estimado Tse = °C Ok

Temperatura da parede interna ( Tsi ) = °C

Temperatura da parede externa ( Tse ) = °C

Temperatura média do tubo ( Tsm ) = °C

5 - Verificações

0.01905

5,598

67.6

1

5,598 86.8

1

2,951

0.01483

0.0001

67.6

4.27

86.8

67.6

0.0001

60.5

0.0001

1

2,951 67.660.5

0.0001

86.8

4.54E-07 1.5E-06 5.01E-06

1457

29.0

65.0

65.0 29.0 52,444

67.6

1456.78

1

67.6

2.06E-06 1.2E-06

52,444 2278.81

4609

52,444 4609.3 29.0 Tsi =

1 2.06E-06 1.2E-06

46

1 1.48E-06 5.0E-06 2279

67.6

4965.0

40.4

41.2

42

Tse =

eee

fe

fi

fi

iie AhA

R

LK

dide

A

R

AhUA

1

2

ln11""

fife TTUAq

fisi TTUAq

sefe TTUAq

Página 13 de 18

Perda de pressão ( ΔPc ) - Lado do casco

a-) Cálculo da perda de pressão no escoamento cruzado ( ΔPcr )


a1-) Cálculo da perda de pressão num feixe de tubos ideal ( Δpbi )



Arranjamento 30°

10000 ≤ Rec ≤ 100000 tab 6.18 - pag 6.96 (apostila Unicamp)

b = =

1 + ( ) ^

x x ( ) ^ = ( coeficiente de atrito )

2

x

4 x x x

2 x

N/m²

a2-) Cálculo do fator de correção devido a folga entre casco- feixe tubos ( Rb )


Escoamento turbulento Cp = (apostila Unicamp - pag. 6.98)

- x x ( 1 - ( 2 x

a3-) Cálculo do fator de correção devido a folga entre casco-chicana e feixe-chicana ( Rl )

0.491

8,975

Rec b1

1.33

7.000

0.372 -0.123 7.000 0.5

b2 b3 b4

0.491

8,975

984.3

0.14 8,975 0.5

19.05

25.4 -0.120.372 0.121

0.121 13.4

50,000

0.060283

3600 0.000683

0.000489

0.14

x

184.0

) ^ (1/3) )

3.7

exp ( 3.7 0.4 0.298

0.79

ewcrc PPPP

lbbbicr RRNPP 1

14,0

2

..2

...4

c

te

c

m

c

cibi

sm

NFP

2.33,1

.1

b

ec

b

e

i R

dP

bF

4.14,01

3

b

ecR

bb

iF

biP

biP

3 21 bbppb rFscExpR

bR

bR

Página 14 de 18


P = x ( 1 + ) + =

x ( 1 + ) x ( ^ ) )

Calculando a perda de pressão no escoameno cruzado

x ( 13 - 1 ) x x = N/m²

b-) Cálculo da perda de pressão no escoamento pela janela ( ΔPw )


b1-) Cálculo da perda de pressão numa janela onde não há vazamentos e desvios ( Δpwi )






pag 6.91 (apostila Unicamp)

As equações acima são válidas para escoamento turbulento

Calculando, temos:

1 x ^ 2 x ( - ) = mm²

2

1 - x x ( x ( = mm²

- = mm²

( / ) = Kg/s mm²

( x )

3,60050,000

60283.0168 38770.06 ) ^ ( 0.5

120 53549.13

0.69499

2

19.05 ^ 2 ) )

2.09 sen (

0.0002873

14779.08

53549.134 14779.08 38770.06

3.14

4

-0.15 0.324 0.8

0.5418

exp ( -1.33 0.324

0.79 0.542 946.16

0.601

0.173 0.601

184.0

340

591

2

pmsl rrExpR 133,1

8,0115,0 srP

lR

lR

crP

lwiw RpNbp

wm

wSS

mG

tgw SwSwS

senD

s iwg

.

2.

2

12

4

...

2

12

ecwt

dn

Fs

c

wcwwi

GNP

.2..6,02

2

wgs

wts

ws

wG

p

j

wp

hNc

2

24,0

fi

j

DDhh

jh

Página 15 de 18

x - - = mm

2 x =

( 2 + x ) x ^ 2

2 x

N/m²

Calculando a perda de pressão total no escoamento pela janela Δpw

13 x x = N/m²

c-) Cálculo da perda de pressão nas regiões de entrada e saída do casco ( ΔPe )


Para escoamento turbulento m =


( ^ - ^ - ) =

x 1 + x

N/m²

d-) Cálculo da perda de pressão total entre os bocais do casco ( ΔPc )

+ +

N/m²

Perda de pressão ( ΔPt ) - Lado do tubo

Fluído - Água do mar

de = in = mm ( Diâmetro externo dos tubos )

e = in = mm ( Espessura dos tubos )

di = in = mm ( Diâmetro interno dos tubos )

L = mm ( Comprimento dos tubos )

n = - ( Quantidade total de tubos )

nt = - ( Número de passes - lado dos tubos )

ma = Kg/h ( Vazão do fluído )

Tma = ° ( Temperatura média do fluído )

ρƒ = Kg/m³ ( Densidade do fluído )

Ai = x ( x = ( Área total de passagem do fluído )

184.0 x 1.418

1.084

946.16214 1278.7

0.79

181.6

1.6 1.418

1278.7

1.6

3.88

13.4

75.1

22.0

3.88

2,300

75.1

287.2908

984

1.6 ) + ( 1.471

181.6 0.542

0.6

0.4 148 591 42.71

2

509

3.8842.7126

19.05

0.083 2.11

0.584 14.83

2

2

m²

114,129

29

998.1

340 0.029379

4

3/4

3.14 14.83 ^ 2 )

4.27

340

wiP

jh

cwN

wiP

wP

mm

s llR

*

2*

1

bsw

bie RRNc

Ncpp

1

sR

eP

eP

cP

cP

Página 16 de 18

vi = = m/s ( Velocidade do fluído dentro dos tubos )

x x

Equação de Darcy-Weisback ( Manual KSB bombas)

Perda de carga na parte reta dos tubos

K = ( Rugosidade da parede do tubo de aço carbono novo )

( Fator de atrito )

= ( Rugosidade relativa )

Número de Reynolds ( Re )

m m

s

N.s x m³

m² Kg

Re = ( Re > 5.000 - Escoamento turbulento )

Re =

Diagrama de Moody-Rouse

Calculando a perda de pressão - lado do tubo

x x ( = N/m²

2 x

6 - Análide dos resultados

a-) Verificação de Jl x Jb

x = > OK

b-) Verificação da perda de pressão total no escoamento pela janela ( Δpw )

< 2 x N/m²

< OK

c-) Comprimento não suportado dos tubos ( l )

Espaçamento entre as chicanas intermediárias ( l ) = mm

O espaçamento máximo é igual ao Di do casco = mm

1278.7 946.2

295

0.778 0.924 0.718

1278.7

Para trocadores de calor com fluídos líquidos é recomendável manter a perda de carga total

entre 0,7 e 1,7 bar, a velocidade não deve exceder 4,5 m/s, evitando assim problemas como erosão

e corrosão, e não deve ser inferior a 0,9 m/s, fato que deixa o trocador com coeficiente global baixo,

necessitando de maior área de troca térmica, o ideal seria manter a velocidade entre 1,5 a 1,8 m/s.

Para a água de resfriamento a velocidade não deve exceder a 1,0 m/s:

0.029379 998.07

0.500

0.014834

0.013

21,387

1892.3

Re =0.000748 0.001002

0.0002

3600

114,129

1.08 x 0.0148

0.0002

4.3

1.08

591

0.051

8,7411.1 ^ 2 )

9.8

0.051

0.0148336

21,387

0.013

g

V

d

LfP i

i

t.2

..

2

f

f

id

K

ff

ii dV

.

.Re

tP

Página 17 de 18

< x mm

< OK

d-) Verificação se o trocador atende a carga térmica desejada

Carga térmica desejada ( Qd ) = W

Carga térmica real ( Qr )

Ui = W/m².K

Ai = m² ( Área real do trocador )

Fator F

P = - =

-

R = - =

-

LMTD ( correntes contrárias )

ΔT1 = - = °C

ΔT2 = - = °C

LMTD = °C

d

Qr = x x x

Qr = W

- x = %

≤ % OK

7 - Dimensões para o desenho

Diâmetro externo do casco ( De )

Diâmetro interno do casco ( Di )

Número de passe lado do casco ( nc )

mm

1 -

591

mm610

90

40 18 22

34.1

40 50

- Trocador de calor casco e tubo, com um casco e um número múltiplo de dois passes nos

tubos.

591

90 40 2.27

40 18

3,191,247

3,191,247 2,910,537

1456.8 67.6 0.95

18

água do mar

Desmineralizada

100 9.64

40

90

40 18

40

F =

295 0.7

90 18

67.6

295 413

0.95

0.31

9.64 10

34.1

T ( °C )

2,910,537

2,910,537

1456.8

LMTDFAUQr ...

es

se

tt

TTR

ee

es

tT

ttP

2

1

21

lnT

T

TTLMTD

100*d

dr

Q

QQ

Página 18 de 18

Total de chicanas adjacentes ( Nb )

Espaçamento entre chicanas adjacentes ( l )

Corte da chicana ( h )

Espaçamento entre espelho e chicana adjacente na entrada ( l1m )

Espaçamento entre espelho e chicana adjacente na saída ( l2m )

Folga entre tubo e orifício da chicana

Folga entre chicana e diâmetro interno do casco

Diâmetro externo dos tubos ( de )

Espessura dos tubos ( e )

Comprimento dos tubos ( L )

Número de passes lado dos tubos ( nt )

Arranjamento triângular 30°

Passo entre tubos ( P )

Número total de tubos ( n )

Diâmetro da envoltória do feixe tubular ( Df )

Número de pares de tiras de selante ( Nss )

Quantidade de espelhos

Espessura dos espelhos

Diâmetro externo dos espelhos

Diâmetro nominal do bocal de entrada ( dc1 )

Diâmetro nominal do bocal de entrada ( dc2 )

19.1 mm

0.8 mm

3.8 mm

4267 mm

2 -

2.1 mm

25.4 mm

340 -

-

mm

2 -

55 mm

509 mm

4 -

13 -

152 mm

600 mm

152

320 mm

434 mm

295 mm

148 mm

Documents

Cópia de Projeto Trocador de Calor 06112010