26
MEMÓRIA DE CALCULO Nº: MC-5260.00-6320-941-TZB-003 CLIENTE: LUBRIFICANTES E DERIVADOS DO NORDESTE FOLHA: 1 de 26 PROGRAMA: ADEQUAÇÃO LOGÍSTICA DA LUBNOR PARA PRODUÇÃO DE NH-400 ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM LUBNOR TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 – PROJETO BÁSICO CORPORATIVA LUBNOR/EN TSA - TECNOLOGIA DE SIST. DE AUTOMAÇÃO S/A - Contrato nº 1550.00811593.13.2 T-TA-0762E-MC0103_Rev. 0 MICROSOFT WORD97-2003/MC-5260.00-6320-941-TZB-003_0.doc RESP. TÉC: TATYANA BÁRBARA CREA 41.938/BA ÍNDICE DE REVISÕES REV. DESCRIÇÃO E/OU FOLHAS ATINGIDAS 0 EMISSÃO ORIGINAL. REV. 0 REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. H DATA 27/05/2013 PROJETO TSA EXECUÇÃO TATYANA VERIFICAÇÃO EUDES APROVAÇÃO DAVID AS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA PETROBRAS, SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA FINALIDADE.

Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULO Nº:MC-5260.00-6320-941-TZB-003

CLIENTE: LUBRIFICANTES E DERIVADOS DO NORDESTE FOLHA: 1 de 20PROGRAMA: ADEQUAÇÃO LOGÍSTICA DA LUBNOR PARA PRODUÇÃO DE NH-400

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM

LUBNOR

TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS DOS TANQUES F-230 E

TQ-44601 – PROJETO BÁSICO

CORPORATIVA

LUBNOR/EN

TSA - TECNOLOGIA DE SIST. DE AUTOMAÇÃO S/A - Contrato nº 1550.00811593.13.2T-TA-0762E-MC0103_Rev. 0

MICROSOFT WORD97-2003/MC-5260.00-6320-941-TZB-003_0.docRESP. TÉC: TATYANA BÁRBARA CREA 41.938/BA

ÍNDICE DE REVISÕES

REV. DESCRIÇÃO E/OU FOLHAS ATINGIDAS

0 EMISSÃO ORIGINAL.

REV. 0 REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. H

DATA 27/05/2013PROJETO TSAEXECUÇÃO TATYANAVERIFICAÇÃO EUDESAPROVAÇÃO DAVIDAS INFORMAÇÕES DESTE DOCUMENTO SÃO PROPRIEDADE DA PETROBRAS, SENDO PROIBIDA A UTILIZAÇÃO FORA DA SUA FINALIDADE.

FORMULÁRIO PERTENCENTE A PETROBRAS N-XXXX REV. X.

Page 2: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 2 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

ÍNDICE

1 OBJETIVO 3

2 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA 3

3 PREMISSAS E DADOS BÁSICOS 33.1Dados de processo 3

4 NOMENCLATURA 4

5 CÁLCULOS E RESULTADOS – TANQUE DE DNUP (F-230) 55.1Dados do tanque de DNUP 55.2Fundo do tanque 55.3Parede cilíndrica molhada 65.4Teto e parede não molhada 75.5Aquecimento do DNUP 75.6Perda de Calor total e Consumo de Vapor 85.7Comprimento da serpentina 85.8Verificação do tempo de aquecimento 11

6 CÁLCULOS E RESULTADOS – TANQUE DE NH-400 (TQ-44601) 116.1Dados do tanque de DNUP 116.2Fundo do tanque 126.3Parede cilíndrica molhada 126.4Teto e parede não molhada 136.5Aquecimento do NH-400 146.6Perda de Calor Total e Consumo de Vapor 146.7Comprimento da serpentina 156.8Verificação do tempo de aquecimento 17

7 CONCLUSÕES18

8 ANEXOS 19

Page 3: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 3 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

1 OBJETIVO

Este documento tem por objetivo apresentar o dimensionamento do sistema de

aquecimento dos tanques de DNUP e NH-400 para manter os produtos armazenados

a uma temperatura ótima para bombeamento dentro do escopo do Projeto de

Adequação da Logística da LUBNOR para Produção de NH-400.

2 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA

[2.1] – WUITHIER, Pierre. El Petroleo – Refino y tratamiento quimico, Vol II. Tradução

por Gonzalez, M. A.; Arribas, G. A.; Rodriguez, A. H.; Domingues, J. M.; Arias,

A. P.; Arias, S. P. Madrid: Ediciones Cepsa S/A, 1973.

[2.2] – Memorial Descritivo – Adequação Logística da LUBNOR para Produção de NH-

400 – Projeto Conceitual.

[2.3] – KERN, Donald Q. Procesos de transferencia de calor. Tradução por Ambrossi

N. M. Cidade do México: Cecsa, 1999.

[2.4] – CRANE. Flujo de fluidos en valvulas, accesorios y tuberías. Tradução por

Valfisa S/A. Guadalajara: McGraw-Hill, 1977.

[2.5] – DE-5260-6313-510-KFC-022_Rev. A – Tanque de Armazenamento OAF: F-230

– Conjunto Geral.

[2.6] – F81/81-00 – Rev. 4 – Apresentação TQ-4601 e TQ-4602.

3 PREMISSAS E DADOS BÁSICOS

3.1 Dados de processo

Condutividade do solo S = 0,45 kcal / m.h.°C (*)Condutividade do isolamento C = 0,054 kcal/m.h.°C(**)Temperatura ambiente TA = 27,6 °CTemperatura do solo TS = 27,6 °CVapor disponível PV = 10 kgf/cm²g (saturado)Entalpia de vaporização (@9,8barg) v = 478,6 kcal/kgVelocidade do vento VV = 28,8 km/hTemperatura do vapor TV = 183 °C

(*) – Dados obtidos da referencia. [2.2];(**) – Adotado isolamento de silicato de cálcio.

Foi considerado que o DNUP e o NH-400 possuem as mesmas propriedades, como é indicado nos cálculo que constam no anexo da ref. [2.2].

Page 4: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 4 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

4 NOMENCLATURA

HL Altura do líquido [m];

H

Aserp

Altura do tanque [m];

Área da serpentina [m²];

Ar Área de troca térmica total equivalente [m²];

Af Área do fundo do tanque [m²];

AT Área do teto e parede não molhada [m²];

AP Área lateral molhada do tanque [m²];

QS Calor cedido ao solo [kcal/h];

QP Calor cedido pela parede [kcal/h];

QT

c

Calor cedido pelo teto e parede não molhada [kcal/h];

Calor específico do produto [kcal/kg.ºC];

Q Calor trocado entre serpentina e líquido [kcal/hr];

β Coeficiente de expansão [ºC-1];

ha Coeficiente de transferência de calor externo por

convecção natural e radiação [kcal/h.m².ºC];

hl Coeficiente de transferência de calor por convecção

[kcal/h.m².°C];

h’l Coeficiente de transferência de calor por convecção entre a

fase líquida e a gasosa [kcal/h.m².ºC];

hg Coeficiente de transferência de calor por convecção natural

[kcal/h/m².ºC];

Up Coeficiente de transferência global da parede

[kcal/h.m².°C];

Uf Coeficiente de transferência global do solo [kcal / h.m².°C];

Ut Coeficiente de transferência global pelo teto [kcal/h.m².°C];

Us Coeficiente global de troca térmica da serpentina

[kcal/h.m2.°C];

Ls Comprimento da serpentina [m];

S Condutividade do solo [kcal/m.h.ºC];

p Condutividade térmica do aço [kcal/h.m.ºC];

c Condutividade térmica do isolamento [kcal/h.m.ºC];

g Condutividade térmica da fase gasosa [kcal/h.m.ºC];

d0 Diâmetro externo da serpentina [m];

D Diâmetro do tanque [m];

TT Diferença de temperatura entre a fase gasosa e o ar [°C];

TP Diferença de temperatura entre o líquido e o ar [°C];

TSDiferença de temperatura entre o líquido e o solo [°C];

v Entalpia de vaporização do vapor [kcal/kg];

Page 5: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 5 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

ep Espessura da chapa da parede [m];

ec Espessura de isolamento [m]

RS

M

Fator de incrustação [h.m².°C / kcal];

Massa de produto armazenada no tanque [kg];

Gr Número de Grashof;

Pr Número de Prandtl;

Somatório das condutividades dos materiais entre o líquido

e o solo [kcal/h.m.°C] (*);

e Somatório das espessuras dos materiais entre o líquido

no fundo do tanque e o solo [m] (*);

TP Temperatura da parede do tanque [°C];

TC Temperatura da parede do tanque exterior ao isolamento

[°C];

Tv

t

Temperatura do vapor [°C];

Tempo de aquecimento [h];

Vazão de vapor [kg/h];

Viscosidade cinemática do líquido [cSt];

(*) Parâmetro desprezado, pois o próprio solo atua como isolante, devido à sua baixa

condutividade térmica.

5 CÁLCULOS E RESULTADOS – TANQUE DE DNUP (F-230)

5.1 Dados do tanque de DNUP

Viscosidade cinemática ~ 40,6 cSt @ 90 º C

Diâmetro D = 12,8 m

Altura do tanque H = 12,48 m

Altura do líquido HL = 11,48 m

Temperatura do líquido TL = 90 °C

Notas:

Considerado isolamento de 51mm de silicato de cálcio (apenas no costado).

5.2 Fundo do tanque

Coeficiente de transmissão global é:

(Ref. [2.1], pág. 1427)

Page 6: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 6 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Adotado um fator de incrustação (Rs), nulo para esta avaliação por ser mais

conservativo.

Cálculo de hl :

Considerando apenas a resistência externa do solo e resolvendo a equação para TP .

TP = 81,4 °C

De posse da temperatura da parede, pode-se calcular o hl, chegando a um valor de

44,7 kcal/m2.h.°C.

Como todos os termos da equação do coeficiente global são conhecidos, calcula-se o

coeficiente global de transferência de calor para o solo (Uf), que tem o valor de 0,140

kcal/h.m².°C.

Utilizando a relação chega-se ao valor de 1125,6 kcal/h cedido ao

solo.

5.3 Parede cilíndrica molhada

Coeficiente de transmissão global:

(Ref. [2.1], pág. 1427)

Adotado um fator de incrustação (Rs), nulo para esta avaliação por ser mais

conservativo.

hl e ha dependem da temperatura da parede e da temperatura da parede exterior ao

isolamento respectivamente.

Resolvendo a equação abaixo encontra-se os valores de TP e TC.

Onde ha = f(TC, TA, Vv) e pode ser obtido na referência [2.1], fig. V.10.10.

Page 7: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 7 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Para ha = 44 kcal/h.m2.ºC chega-se aos valores de 87,8 °C para a temperatura da

parede e 29,0 °C para a temperatura exterior.

Calculando

Com todos os termos da equação do coeficiente global conhecidos, pode-se calcular o

coeficiente global de transferência de calor pela parede (Up), que tem o valor de 1,00

kcal/h.m².°C

Utilizando a relação chega-se ao valor de 28.724 kcal/h cedido ao

ambiente pelo costado.

5.4 Teto e parede não molhada

Coeficiente de transmissão global pelo teto e parede não molhada:

(Ref. [2.1], pág. 1428)

Desconsiderou-se o isolamento no costado para esta avaliação (por ser mais

conservativo).

Para: ha = 44 kcal/h.m².°C, , = 50,4 kcal/h.m².ºC,

, (Ref. [2.1] p. 1428), além de H-HL = 1,0 m, o coeficiente global de transferência de calor pelo teto e parede não molhada (U t) tem o valor de 0,0249 kcal/h.m².ºC.

A perda de calor é calculada a partir da relação

Efetuando-se este cálculo chega-se ao valor, para a perda de calor cedida pelo teto e parede não molhada, de 186,8 kcal/h.

5.5 Aquecimento do DNUP

Considerando que o DNUP deverá ser aquecido de 30 ºC para 90 ºC. A serpentina

deverá ceder calor suficiente para que o DNUP atinja a temperatura de 90 °C em um

tempo de aquecimento estimado de 168 h (7 dias), conforme ref[2.2].

A quantidade de calor requerida é calculada a partir da equação abaixo:

Page 8: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 8 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Onde:

Calor cedido ao DNUP, kcal/h

Temperatura final do DNUP no tanque 90ºC;

Massa específica do DNUP 928,3 kg/m³ Ref. [2.2];

c Calor específico do DNUP 0,45 kcal/kg.°C Ref. [2.2];

Volume útil do tanque 1477 m³

Temperatura inicial do DNUP 30ºC

Tempo de aquecimento do tanque 168h

Efetuando-se este cálculo chega-se ao valor, para a perda de calor cedida à corrente de

retorno, de 220.295 kcal/h.

5.6 Perda de Calor total e Consumo de Vapor

A soma de todas as perdas de calor no tanque será igual ao calor que a serpentina

deverá repor.

Consumo de vapor pelo tanque:

5.7 Comprimento da serpentina

Comprimento da serpentina:

(Ref. [2.1], pág. 1429).

Onde: Q Calor trocado entre serpentina e líquido [kcal/hr];

Vazão de vapor [kg/h];

v Entalpia de vaporização do vapor [kcal/kg];

Us Coeficiente global de troca térmica da serpentina [kcal/h.m2.°C];

d0 Diâmetro externo da serpentina [m];

Ls Comprimento da serpentina [m];

Tv Temperatura do vapor [°C];

Ar Área de troca térmica total equivalente [m²];

Page 9: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 9 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Coeficiente global de troca térmica da serpentina:

(Ref. [2.1], pág. 1429),

(Ref. [2.1], pág. 1429).

Grashof: ,

Prandtl: .

Onde:

d Diâmetro externo da serpentina 0,0483 m (1 ½ pol.);

Massa específica do DNUP 928,3 kg/m³ Ref.

[2.2];

g Aceleração da gravidade 9,81 m/s²;

Coeficiente de expansão do DNUP 0,00071 °C-1 (*);

μ Viscosidade dinâmica do DNUP 0,038 kg/m.s Ref. [2.2] (**);

c Calor específico do DNUP 0,45 kcal/kg.°C Ref. [2.2];

k Condutividade térmica do DNUP 0,11 kcal/m.h.°C Ref. [2.2];

hio Coeficiente de película 7500 kcal/m2.h.°C Ref. [2.1];

(*) Conforme e-mail enviado à Petrobras em 22/05/2013, ver anexo.

(**) Obtido através de interpolação de dados presentes nas ref. [2.2].

Desenvolvendo:

-

-

Portanto

Sabendo que

Page 10: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 10 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Tem-se

Calculando o comprimento através da equação de transferência de calor:

Aserp = .do.Lmax = 41,3 m2 (requerido).

Análise da viabilidade de instalação da serpentina no tanque de DNUP:

Considerando d = 12,8 m, a distância “a” vale 9,05 m.

Considerando o arranjo acima com o diâmetro externo do tubo do=48,3 mm pode-se

considerar que cada “passe” ocupa 3.do ou 0,1449 m.

Então, no quadrado circunscrito poderão ser utilizados a/3.do passes ou 62 passes.

Cada passe terá o comprimento de “a”, ou seja, 9,05 m totalizando para 62 passes um

comprimento de 561 m (área total disponível = 561 x π x 0,0483 = 85,1 m²).

Page 11: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 11 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Como a área disponível é maior que a área calculada, é viável a instalação da

serpentina conforme o arranjo sugerido.

5.8 Verificação do tempo de aquecimento

Considerando a instalação de uma serpentina cuja área é igual 85,1 m², calcula-se o

tempo de aquecimento conforme equação abaixo:

Área de troca térmica total equivalente

(ref. [2.1], pag. 1428)

Tempo de aquecimento

(ref. [2.1], pag. 1430)

Portanto a instalação de uma serpentina de 85,1 m² (área disponível de acordo com o

arranjo sugerido) atende ao tempo de aquecimento que é de 168 h.

Nota: Refazendo os cálculos para a área mínima requerida (41,3 m²), o cálculo do

tempo de aquecimento resulta em 270,4 h. Como esse tempo é superior ao tempo

estabelecido para o aquecimento, fica inviabilizada a instalação de uma serpentina

com esta área.

6 CÁLCULOS E RESULTADOS – TANQUE DE NH-400 (TQ-44601)

6.1 Dados do tanque de NH-400

Viscosidade cinemática ~ 80,0 cSt @ 70 º C

Diâmetro D = 21,7 m

Altura do tanque H = 14,63 m

Altura do líquido HL = 13,63 m

Temperatura do líquido TL = 70 °C

Page 12: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 12 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Notas:

Considerado isolamento de 51 mm de silicato de cálcio (apenas no costado).

A altura do líquido adotada, HL, foi encontrada partindo-se da premissa de que o nível

máximo do líquido encontra-se a 1 m da altura do tanque. Esta premissa deverá ser

confirmada no detalhamento.

6.2 Fundo do tanque

Coeficiente de transmissão global é:

(Ref. [2.1], pág. 1427)

Adotado um fator de incrustação (Rs), nulo para esta avaliação por ser mais

conservativo.

Cálculo de hl:

Considerando apenas a resistência externa do solo e resolvendo a equação para TP .

TP = 59,75 °C

De posse da temperatura da parede, pode-se calcular o hl, chegando a um valor de

37,8 kcal/m2.h.°C.

Como todos os termos da equação do coeficiente global são conhecidos, calcula-se o

coeficiente global de transferência de calor para o solo (Uf), que tem o valor de 0,083

kcal/h.m².°C.

Utilizando a relação chega-se ao valor de 1298,7 kcal/h cedido ao

solo.

6.3 Parede cilíndrica molhada

Coeficiente de transmissão global:

(Ref. [2.1], pág. 1427)

Page 13: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 13 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Adotado um fator de incrustação (Rs), nulo para esta avaliação por ser mais

conservativo.

hl e ha dependem da temperatura da parede e da temperatura da parede exterior ao

isolamento respectivamente.

Resolvendo a equação abaixo encontra-se os valores de TP e TC.

Onde ha = f(TC, TA, Vv) e pode ser obtido na referência [2.1], fig. V.10.10.

Para ha = 42,5 kcal/h.m2.ºC chega-se aos valores de 68,1 °C para a temperatura da

parede e 28,6 °C para a temperatura exterior.

Calculando

Com todos os termos da equação do coeficiente global conhecidos, pode-se calcular o

coeficiente global de transferência de calor pela parede (Up), que tem o valor de 0,99

kcal/h.m².°C

Utilizando a relação chega-se ao valor de 38.874 kcal/h cedido ao

ambiente pelo costado.

6.4 Teto e parede não molhada

Coeficiente de transmissão global pelo teto e parede não molhada:

(Ref. [2.1], pág. 1428)

Desconsiderou-se o isolamento no costado para esta avaliação (por ser mais

conservativo).

Para: ha = 42,5 kcal/h.m².°C, , = 39,2

kcal/h.m².ºC, , (Ref. [2.1] p. 1428), além de H-HL = 1,0 m, o coeficiente global de transferência de calor pelo teto e parede não molhada (Ut) tem o valor de 0,0249 kcal/h.m².ºC.

Page 14: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 14 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

A perda de calor é calculada a partir da relação

Efetuando-se este cálculo chega-se ao valor, para a perda de calor cedida pelo teto e parede não molhada, de 310,1 kcal/h.

6.5 Aquecimento do NH-400

Considerando que o NH-400 deverá ser aquecido de 30 ºC para 70 ºC. A serpentina

deverá ceder calor suficiente para que o NH-400 atinja a temperatura de 70 °C em um

tempo de aquecimento estimado de 168 h (7 dias), conforme ref[2.2].

A quantidade de calor requerida é calculada a partir da equação abaixo:

Onde:

Calor cedido ao NH-400, kcal/h

Temperatura final do NH-400 no tanque 70ºC;

Massa específica do NH-400 928,3 kg/m³ Ref. [2.2];

c Calor específico do NH-400 0,45 kcal/kg.°C Ref. [2.2];

Volume útil do tanque 5047,4 m³

Temperatura inicial do NH-400 30 ºC

Tempo de aquecimento do tanque 168 h

Efetuando-se este cálculo chega-se ao valor, para a perda de calor cedida à corrente de

retorno, de 502.015 kcal/h.

6.6 Perda de Calor Total e Consumo de Vapor

A soma de todas as perdas de calor no tanque será igual ao calor que a serpentina

deverá repor.

Consumo de vapor pelo tanque:

Page 15: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 15 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

6.7 Comprimento da serpentina

Comprimento da serpentina:

(Ref. [2.1], pág. 1429).

Onde: Q Calor trocado entre serpentina e líquido [kcal/hr];

Vazão de vapor [kg/h];

v Entalpia de vaporização do vapor [kcal/kg];

Us Coeficiente global de troca térmica da serpentina [kcal/h.m2.°C];

d0 Diâmetro externo da serpentina [m];

Ls Comprimento da serpentina [m];

Tv Temperatura do vapor [°C];

Ar Área de troca térmica total equivalente [m²];

Coeficiente global de troca térmica da serpentina:

(Ref. [2.1], pág. 1429),

(Ref. [2.1], pág. 1429).

Grashof: ,

Prandtl: .

Onde:

d Diâmetro externo da serpentina 0,0483 m (1 ½ pol.);

Massa específica do NH-400 928,3 kg/m³ Ref.

[2.2];

g Aceleração da gravidade 9,81 m/s²;

Coeficiente de expansão do NH-400 0,00071 °C-1 (*);

μ Viscosidade dinâmica do NH-400 0,074 kg/m.s Ref. [2.2] (**);

c Calor específico do NH-400 0,45 kcal/kg.°C Ref. [2.2];

k Condutividade térmica do NH-400 0,11 kcal/m.h.°C Ref. [2.2];

hio Coeficiente de película 7500 kcal/m2.h.°C Ref. [2.1];

(*) Conforme e-mail enviado à Petrobras em 22/05/2013, ver anexo.

(**) Obtido através de interpolação de dados presentes nas ref. [2].

Page 16: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 16 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Desenvolvendo:

-

-

Portanto

Sabendo que

Tem-se

Calculando o comprimento através da equação de transferência de calor:

Aserp = .do.Lmax = 81,8 m2 (requerido).

Análise da viabilidade de instalação da serpentina no tanque de NH-400:

Page 17: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 17 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Considerando d = 21,7 m, a distância “a” vale 15,35 m.

Considerando o arranjo acima com o diâmetro externo do tubo do=48,3 mm pode-se

considerar que cada “passe” ocupa 3.do ou 0,1449 m.

Então, no quadrado circunscrito poderão ser utilizados a/3.do passes ou 105 passes.

Cada passe terá o comprimento de “a”, ou seja, 15,35 m totalizando para 105 passes

um comprimento de 1612 m (área total disponível = 1612 x π x 0,0483 = 244,6 m²).

Como a área disponível é maior que a área calculada, é viável a instalação da

serpentina conforme o arranjo sugerido.

6.8 Verificação do tempo de aquecimento

Considerando a instalação de uma serpentina cuja área é igual 244,6 m², calcula-se o

tempo de aquecimento conforme equação abaixo:

Área de troca térmica total equivalente

(ref. [2.1], pag. 1428)

Tempo de aquecimento

(ref. [2.1], pag. 1430)

Portanto a instalação de uma serpentina de 244,6 m² (área disponível de acordo com

o arranjo sugerido) atende ao tempo de aquecimento que é de 168 h.

Nota: Refazendo os cálculos para a área mínima requerida (81,8 m²), o cálculo do

tempo de aquecimento resulta em 403 h. Como esse tempo é superior ao tempo

estabelecido para o aquecimento, fica inviabilizada a instalação de uma serpentina

com esta área.

Page 18: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 18 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

7 CONCLUSÕES

O resumo dos cálculos efetuados encontra-se na tabela a seguir:

Tanque de

DNUP

Tanque de

NH-400

Calor total perdido [kcal/h] 250.332 542.498

Vazão total req. de vapor [kg/h] 523 (*) 1134 (**)

Vazão req. de vapor para aquecimento [kg/h] 460 1049

Área req. da serpentina [m2] 41,3 81,8

Área adotada da serpentina [m²] 85,1 244,6

Dn /Comprimento da serpentina [m] 1 ½” / 561 1 ½” / 1612

Os cálculos presente nesta memória são preliminares e deverão ser confirmados no detalhamento, assim como as premissas aqui adotadas e o arranjo sugerido das serpentinas.

(*) A área adotada para a serpentina permite um consumo máximo de vapor de 1080

kg/h para o tanque de DNUP.

(**) A área adotada para a serpentina permite um consumo máximo de vapor de 3390

kg/h para o tanque de NH-400.

8 ANEXOS

Page 19: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 19 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO

Page 20: Serpentina Para Tanque Memorial de Calculo

MEMÓRIA DE CALCULONº

MC-5260.00-6320-941-TZB-003REV.

0

ÁREA: TRANSFERÊNCIA E ESTOCAGEM FOLHA 20 de 20TÍTULO: MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS SERPENTINAS

DOS TANQUES F-230 E TQ-44601 PROJETO BÁSICO