Projeto Trocador de Calor Final

7/24/2019 Projeto Trocador de Calor Final

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UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA

Curso: Engenharia Mecnica

Projeto Troca or e Ca!or

"ru#o: $%

Sumrio

1. INTRODUO....................................................................................................... 32. OBJETIVOS............................................................................................................43. MATERIAIS E MTODOS UTILIZADOS....................................................................6

3.1 CARACTERSTICAS DOS FLUIDOS A SEREM UTILIZADOS NO PROJETO...............71


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3.2 MTODOS DE C LCULO................................................................................. !3.2.1 MTODO DE "ERN.......................................................................................!

3.2.2 ROTEIRO DE C LCULO................................................................................!

4. NOMENCLATURA............................................................................................. 11#. RESULTADOS E DISCUSS$ES...........................................................................14

#.1 RESULTADOS................................................................................................ 14

#.2 DISCUSS$ES................................................................................................ 14

6. CONCLUS$ES..................................................................................................1#7. BIBLIO%RAFIA..................................................................................................1#!. ANE&OS...........................................................................................................16

!.1 COEFICIENTE %LOBAL DE PROJETO APRO&IMADO........................................16!.2 FATORES DE ATRITO.....................................................................................17

!.3 CURVA DE TRANSMISSO DE CALOR LADO CARCAA..................................1!

!.4 CURVA TRASMISSO DE CALOR PARA %UA INTERIOR DO TUBO.................1'

!.# CURVA TRANSMISSO DE CALOR PARA INTERIOR DO TUBO.........................2(

!.6 FATORES DE INCRUSTAO..........................................................................21

!.7 ANE&O A ) DESEN*O DO TROCADOR DE CALOR..........................................22!.! ANE&O B ) MEMORIAL DE C LCULO.............................................................23

1. INTRODUO

Trocadores de calor so dispositivos utilizados para realizar o processo da trocatrmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas.

Este processo comum em muitas aplicaes da Engenharia e em diversos tiposconstrutivos, dentre os quais, um dos mais utilizados industrialmente o de casco tubo,

que consiste de um casco com um feixe de tubos dentro dele. m fluido corre atravsdos tubos, e outro fluido corre sobre os tubos !atravs do casco" de maneira a transferir

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calor entre os dois fluidos. # con$unto de tubos chamado feixe de tubos, e pode ser composto por diversos tipos de tubos% planos, longitudinalmente aletados, etc.

&ara avaliar ou pro$etar um trocador de calor, o engenheiro tem de saber que a

v'rias vari'veis envolvidas e afim de fazer um correto dimensionamento ele precisaconhece(las bem.

)s principais vari'veis que devem ser consideradas em um pro$eto de trocador decalor so%

*aracter+sticas dos flu+dos, dentre as quais destacam(se !condutibilidade

trmica, densidade, viscosidade e calor espec+fico".

Temperaturas de operao &resses de operao

elocidade de escoamento

&erda de carga admiss+vel

-ator de su$eira

ocalizao dos fluidos, no qual deve(se levar em conta algumas

consideraes !tend/ncia de incrustao, corroso, temperatura e pressomuito elevadas, velocidade de escoamento, viscosidade, fluidos letais et0xicos, fluido com diferena muito elevada entre as temperaturas terminais".

-igura 1.1

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-igura 1.2

-igura 1.3

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2. OBJETIVOS

# trocador de calor casco tubo selecionado, ter' como finalidade resfriar 0leo de

lubrificao dos mancais, servo motores, v'lvulas de controle e v'lvulas de seguranainstaladas em uma turbina de pequeno, pois o superaquecimento do 0leo pode causar diversos danos e mau funcionamento da mesma, tais como%

Ebulio do 0leo

-alta de lubrificao

-alta de resfriamento

&erda das propriedades f+sico qu+micas do fluido

azamento por reduo da viscosidade

Em caso de funcionamento hidr'ulico pode reduzir a forca de cilindros,

fadiga e ru+dos na bomba hidr'ulica

# 0leo utilizado para lubrificao o 45# 678, o fluido quente !0leo" tem umavazo de 9 :g;s a uma temperatura mdia de 7


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&ara pro$etar um trocador de calor com m'xima efici/ncia, menor tamanho ecusto, devido a estas necessidades, sero iniciados os estudos com um trocador decalor casco e tubo, considerando inicialmente um passe no casco e dois passes notubo. Existem alternativas para aumentar a efici/ncia de um trocador de calor, taiscomo%

so de aletas nos tubos

so de chicanas

Faior nGmero de passes entre casco e tubo

# ob$etivo do estudo no calcular a parte mecBnica !espessura de chapas,flanges, parafusos, diBmetros dos flanges de entrada e sa+da do flu+do frio, diBmetrosdos flanges de entrada e sa+da do fluido quente e etc", e sim determinar a vazom'ssica do flu+do frio !'gua" para especificar a bomba e conferir se o fator deincrustao do resfriador desenvolvido para 0leo aceit'vel na vazo m'ssica de fluidoque est' ser' utilizado.

3. MATERIAIS E MTODOS UTILIZADOS

) natureza dos fluidos que circulam num trocador de calor constitui um fator fundamental para seu desenvolvimento, todo o pro$eto tem como HbaseI aspropriedades dos fluidos quentes e frios que passaro pelo trocador de calor com oob$etivo de trocar calor, se$a para resfriar ou aquecer.

Aeste estudo considera(se que o fluido quente se trata de um 0leolubrificante;refrigerante !45# 6 78", com viscosidade consider'vel para o escoamento

no interior do trocador. # fluido frio se trata de 'gua !no estado natural", o fluido frio foiescolhido devido as suas propriedades f+sicas conhecidas, abundancia e baixo custo

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para o processo. Em alguns casos o fluido frio tratado com o uso de aditivos paraaumento da capacidade de troca de calor !no o caso deste".

3.1 CARACTER STICAS DOS !LUIDOS A SEREM UTILIZADOSNO "ROJETO

-lu+dos utilizados neste pro$eto%

Jleo 45# 6 78

Kgua

) tabela 3.1 mostra os dados tcnicos dos fluidos que sero utilizados nestepro$eto !no considerando a variao de temperatura"%

Tabela 3.1

Pro#rie a es os &!u' os-luido Luente !) ser resfriado" (

*)M*)N) -luido -rio !Mesfriador" ( T O#Aome% Jleo 45# 6 78 Aome% Kgua

T= Entrada% 79 =* T= Entrada% 3< =*T= 5a+da% >? =* T= 5a+da% 3> =*

&resso operao% 22 psi &resso #perao% 22 psiT= Fdia% 97 =* T= Fdia% 32 =*

azo m'ssica% 9 Pg;s azo m'ssica% C,C8


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)s unidades de medida utilizadas neste pro$eto so%

5itema 4ngl/s !Sevido a literatura existente"

5istema 4nternacional

3.2 MTODOS DE C#LCULO

3.2.1 MTODO DE $ERN

U um mtodo de f'cil utilizao, sendo bem sucedido com modelos detrocadores de calor casco e tubos com tolerBncias usuais, mas apresenta poucapreciso, que torna(se tanto mais cr+tica quanto mais o escoamento do fluido situa(se

em regime laminar, o qual exige um tratamento bem mais complexo.

3.2.2 ROTEIRO DE C#LCULO

A% V&ri'()*+o ,& um -ro(),or ,& () or/

Dados de entrada % dimenses do trocador, diBmetros, comprimento, nGmero depasses, arran$o dos tubos.

Especificar como entrada % T1VTqe, T2VTqs, t1VTf e, vazes das correntes de fluidos e p

admiss+veis.

$( *alcular a taxa de transfer/ncia de calor ou t 2 por meio de balano de energia!calor removido igual ao calor transportado"

!


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L V mq *p q !Tqe ( Tqs" V mf *p f !Tf s ( Tf e"

#bs% os calores espec+ficos so calculados na temperatura mdia.

)( *alcular a diferena de temperatura mdia logar+tmica !Tml " contracorrente

%( *alcular a correo da diferena de temperatura para o arran$o considerado W- !6r'fico Pern"

*( 5elecionar qual fluido ir' nos tubos e qual no casco

+( *'lculo do hi ( fluido dos tubos

9.1" *alcular Met

9.2" *alcular Au das correlaes

9.3" )plicar, se for o caso, a correo com a viscosidade da parede

!;p"

,( *'lculo do he ( fluido casco

7.1" *alcular Me

7.2" #bter $h

7.3" *alcular he

( *alcular o limpo

.( *alcular o pro$eto por% LV) p.Tml'


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/( *alcular o critrio de desempenho, Mf total atravs de p e l

$0( *alcular as perdas de carga no casco e nos tubos e comparar com aadmiss+vel.

B% C (u o & 0ro &-o ,& um -ro(),or ,& () or/

Sadas as condies de processo% T1,T2,t1, t2 vazes, perdas de cargaadmiss+veis e fatores de incrustao dispon+veis de acordo com os fluidos utilizados.

# comprimento do tubo, o diBmetro externo do tubo e o passo seroespecificados pela pr'tica de pro$etos !ou pela norma TEF)"

$( *alcular a taxa de transfer/ncia de calor ou t 2 por meio de balano de energia L V mq *p q !Tqe ( Tqs" V mf *p f !Tf s ( Tf e"

#bs% os calores espec+ficos so calculados na temperatura mdia

)( *alcular a diferena de temperatura mdia logar+tmica !Tml " contracorrente

%( 5upor um nGmero de passagens nos tubos !Apt"

*( *alcular a correo da diferena de temperatura para o arran$o considerado (-

C% T& -)-i ) 1 4u-i i5),) o m&mori) ,& ( (u o%/

1(


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+" Estimar o valor de p, o coeficiente global de pro$eto ( incluindo os dep0sitospor incrustaes !escolher sempre um valor superior"

,( *'lculo da 'rea )VL; p. Tmle o nGmero de tubos

( 5elecione um trocador !Si" para o nGmero mais pr0ximo de tubos de acordocom a contagem de tubos

.( *orri$a o valor de p para a 'rea correspondente ao nGmero real de tubosque podem estar contidos no casco.

6. NOMENCLATURA

Aomenclatura utilizada no memorial de c'lculos

L% *alor

m% Fassa

c% *alor espec+fico

Xt% Siferena de temperatura

F ST% Fdia logar+tmica de temperatura

-% -ator de correo !-" encontrado

F STc% Fdia logar+tmica de temperatura corrigida

Y 4c% SiBmetro interno do casco !m"

*Z% Espao livre entre os tubos !m"

O% Espaamento entre as chicanas !m"

c% *omprimento do casco !m"

&t% &asso entre os tubos !m"

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t% *omprimento dos tubos

Y 4nt% SiBmetro interno dos tubos !m"

YExt% SiBmetro externo dos tubos !m"

EspTub% Espessura da parede do tubo !m"

Krea% Krea de troca trmica

Krea c% Krea de troca trmica [ coeficiente de segurana

At% AGmero de tubos

d% *oeficiente global corrigido

aZt% Krea de escoamento de um tubo !!\]d^2";>"

n% AGmero de passes pelos tubos

at% Krea de escoamento

)s% Krea de escoamento

6t% azo m'ssica por unidade de 'rea !Pg;s]mQ"

R% azo m'ssica do fluido do lado da carcaa !:g;s"Seq% SiBmetro equivalente p; transmisso de calor !ftQ"

6q% azo F'ssica por unidade de 'rea !lb;h]ftQ"

% iscosidade dinBmica !lb;ft]h"

Meq% AGmero de Me_nalds

f% elocidade de escoamento do fluido frio !m;s"

% Sensidade do fluido !:g;m "P% *ondutividade trmica

Aut% AGmero de Ausselt

Me% AGmero de Me_nalds

&rt% AGmero de &randt

`h% Encontrado no gr'fico fig. 28 Pern

hi% *oeficiente genrico para transfer/ncia de calor

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ho% *oeficiente de pel+cula

Md% -ator de incrustao

*% *oeficiente de transmisso de calor de polimento

Zd% *oeficiente global corrigido

f% -ator de atrito de -anning

% # termo ! ; "^

5% Sensidade relativa adimensional

X % &erda de carga do flu+do

7. RESULTADOS E DISCUSS8ES

7.1 RESULTADOS

Tabela 9.1

Ta1e!a 2 Resu!ta os o1ti osazo m'ssica do flu+do quente :g;s % 9,


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*alor a ser trocado R % 177C


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:. BIBLIO;RA!IA

4ncropera, -.&., Se itt, S.&., 1CC8, -undamentos de transfer/ncia de calor emassa. T* Editora, >@ edio, Mio de `aneiro, 5&.

Pern, S.L., 1C98, Fathematical development of tube loading in horizontalcondensers, `. )m. *hem., >%19? W 17


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DESEN?O DO TROCADOR DE CALOR

MEMORIAL DE C#LCULO

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Documents

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