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EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

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EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR. Permutador de tubos concêntricos < 18m 2. - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: EQUIPAMENTO DE  TRANSFERÊNCIA  DE CALOR

EQUIPAMENTO DE

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Page 2: EQUIPAMENTO DE  TRANSFERÊNCIA  DE CALOR

Permutador de tubos concêntricos

< 18m2

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Desenhe, com o máximo detalhe que conseguir, um permutador de tubos e caixa com duas passagens do lado dos tubos. Mostre-o em duas vistas diferentes (as que considere mais elucidativas). Assinale a direcção e sentido dos dois fluidos dentro do permutador.

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Permutador de tubos e caixa

1-passagem tubos

2-passagens tubos

http://www.youtube.com/watch?v=JipA1cnmVZg&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=LsfRQGm4-Lchttp://www.youtube.com/watch?v=jY-yoqhfR2I&NR=1

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Permutador de tubos e caixa

Permutador com tubos fixos

Permutador com tubos em U

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Permutador de cabeça flutuante

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Permutador em espiral

OK para sólidos em suspensão

até 10%.

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Permutador de placas

http://www.youtube.com/watch?v=b0pXCIMptAg&NR=1

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Permutador de placas

vedações

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Permutadores compactos(para gases)

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Placas Tubos e caixa

Pressão máxima (bar abs) 21 bar 100 bar

Temperatura máxima (ºC) 150 a 230ºC (dependendo dos vedantes) 540 ºC

Correntes gasosas Não recomendado Adequado

CondensaçãoNão recomendado, excepto vapor baixa

pressãoAdequado

Evaporação Geralmente não recomendado Adequado

Viscosidade < 20 000 cP (bons coeficientes de transferência) < 10 000 cP

Espaço ocupado Mais compacto Menos compacto

Caudais máximos ~ 0.7 m3/s Muito altos

Área de transferência 0,1 m2 ~ 2500 m2 Muito alta

Possibilidade de expansão Fácil adição de novas placas Impossível

Facilidade de inspecção Fácil Difícil

Facilidade de limpeza mecânica Fácil Só do lado dos tubos

Sólidos < 5% sólidos finos Só baixas concentrações de sólidos finos

Líquidos sensíveis à temperatura Preferível (baixo inventário)

T Aceitável T baixo (~1º) porque coef. tr. calor alto

Custo (US$ / ft2) (2006) -aço inox 25-40 30-60

REF: A.Ferraro, Heat Exchanger Basics, http://www.process-heating.com/CDA/Archives/8a3a404a85ca9010VgnVCM100000f932a8c0____, 2006

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PROJECTO DE UM PERMUTADOR DE

TUBOS E CAIXA

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PRESSUPOSTOS, ESPECIFICAÇÕES CÁLCULOS PRÉVIOS

(1) Condições operatórias conhecidas - Caudais, temperaturas de entrada ou saída dos fluidos, pressão de trabalho.

(2) Queda de pressão máxima admitida em ambas as correntes

(3) Dimensionamento térmico – cálculo de temperaturas e caudais que faltavam

(4) Tipo de escoamento – cocorrente só em certos casos para proteger substância tèrmicamente sensível. Caso contrário contracorrente

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(4) Selecção do tipo de permutador.

Limpeza mecânica dentro dos tubos feixe desmontável pelo topo da caixa

Limpeza mecânica dentro dos tubos evitar tubos em U

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(5) Alocação das correntes

O fluido do lado dos tubos deve ser o:

(i) mais sujo

(ii) que está a maior pressão;

(iii) mais corrosivo;

(iv) mais tóxico;

Estes requisitos estão muitas vezes em conflito

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(6) Tubos: · Diâmetro – ½” – 1 ½” BWG

mínimo para limpeza mecânica é ¾”

Espessura – tabelas de fabricantes pressão de trabalho

· Comprimento – 5 L/D0 15. L até 6 m.

· Disposição dos tubos

1.25 Pt/d0 1.5

• Disposição triangular: maior coeficente de tr. calor, mas maior p no lado da caixa!

Não é recomendada se for necessária limpeza mecânica

PtC

d0

C

Pt

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(7) Chicanas do lado da caixa

– Servem de apoio para os tubos – Aumentam a velocidade do fluido da caixa e coef. tr. calor – Aumentam a perda de carga do lado da caixa

Espaçamento: 0.4 D0 B 0.6 D0

Segmentação: 25 a 35 %

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(I) Estimar área de transferência e nº de tubos, Nt

Ao = q / U F Tml (admitir F=0.9)

Nt = Ao /Atubo = Ao/(d0L)

Estimativa de U – tabelas (Perry, Kern, etc

SEQUÊNCIA DE CÁLCULOS

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II) Seleccionar número de passagens do lado dos tubos, nt

Critério: velocidade de passagem nos tubos

Compromisso entre h elevado, e perda de carga do lado dos tubosVelocidade mínima para evitar depósitos

Fluxo recomendado:

1000 Gm 1400 kg/(m2s)

para água 1 v 1.4 m/s)

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nº passagens

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III) Determinar nº exacto de tubos e diâmetro de caixa, Do

1” OD tubes on 1.25 triangular pitch

Shell ID (in) 1-P 2-P 4-P 6-P 8-P

8 21 16 16 14

10 32 32 26 24

12 55 52 48 46 44

… … … … … …

39 766 736 700 688 672

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IV) Seleccionar número de passagens de caixa, ncaixa

Critério: F 0.85 em Ao = q / U F Tml

ncaixa >2 implica permutadores em paralelo

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VI) Calcular U

Definidas a geometria e outras variáveis essenciais, já se pode calcular o U com maior exactidão:

L

od

ehL

odo

R

kLi

do

d

Li

di

R

Li

di

hLo

do

U 1

"

2

ln"11

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Conferir área de transferência e nº de tubos, Nt

Ao = q / U F Tml

Nt = Ao /Atubo = Ao/(d0L)

Eventualmente corrigir L

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CONDENSADORESvs.

PERMUTADORES

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CONDENSADOR PERMUTADOR

PRINCIPAIS DIFERENÇAS:h do lado da condensação alto. F =1 (contracorrente para qq nº de passagens)

as CHICANAS DO LADO DA CAIXA têm função diferente da que têm num permutador líquido/líquido

VÁCUO: servem para evitar que bomba/ejector aspire vaporesATMOSFÉRICO: evitam saída de vapores para a atmosfera pelo

respiradouro

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Evaporadores

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a) Calandriab) Filme ascendente sem reciculaçãoc) Evaporação com recirculação (forçada)d) Filme descendente sem recirculação,

mostrando condensador barométrico

(d)

EXEMPLOS DE EVAPORADORES

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RE-EBULIDORES

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(a) Ebulidor interno: - limitado a baixas áreas de transferência de calor

- fundo da coluna é mais um andar de equilíbrio

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b)Termosifão vertical - não adequado para vácuo ou fluidos viscosos; - é ebulidor total, o que significa que não corresponde a um andar de equilíbrio.

Page 38: EQUIPAMENTO DE  TRANSFERÊNCIA  DE CALOR

b)Termosifão horizontal- não adequado para vácuo ou fluidos viscosos; - é ebulidor total, o que significa que não corresponde a um andar de equilíbrio.

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(d) Ebulidor tipo panela (kettle reboiler) - apropriado para vácuo - apropriado para grandes áreas de transferência- ebulidor é um andar de equilíbrio)

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LAYOUT (DISPOSIÇÃO) DO EQUIPAMENTO

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Pretende-se mínimo custo de forma a que:

(1) sejam obedecidas normas de segurança;

(2) a operabilidade do equipamento não seja posta em causa.

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Há 2 estratégias básicas na disposição das principais peças de equipamento

(1) acompanhar a sequência indicada no diagrama de processo (disposição em linha)

(2) agrupar por equipamentos semelhantes

Muitas vezes o resultado é mistura de (1) e (2)

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A não ser quando necessário, o equipamento de processo não se encontra encerrado em edifícios.

· Dentro do possível, deve-se minimizar o comprimento de tubagens de ligação

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· Dentro do possível, deve-se minimizar estruturas de suporte

· Elevações resultam caras e perigosas, mas pode ser necessário elevar algumas peças de equipamento (para garantir carga efectiva de sucção (NPSH), transporte por

gravidade quando aplicável, etc.)

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Deve-se deixar espaços para acesso e manutenção.

· Permutadores de calor, por exemplo, com espaço para remoção de tubos.

· Válvulas, pontos de amostragem, instrumentos devem estar em locais de fácil acesso.

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· As tubagens seguem normalmente em esteiras colocadas a ~4-5 m de altura

(para não atrapalharem)

· Frequentemente, os equipamentos dispõem-se de um e outro lado de uma esteira central de tubagens.

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· Deve-se afastar zonas perigosas.

· Zona de armazenagem de solventes, por exemplo a pelo menos 70 m da zona de processo.

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Layout coluna destilação

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