OPERAÇÕESOPERAÇÕES

UNITÁRIAS IIUNITÁRIAS II

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI

DEP. DE ENGENHARIA QUÍMICA E ESTATÍSTICA

PROF.: Alexandre Bôscaro França

TROCADORES DE CALOR:

TUBOS CONCÊNTRICOS

CASCO E TUBO

1. Um passe no tubo e um passe no casco

2. Dois passes no tubo e um passe no casco

COMPACTOS

1. Tubos aletados

PLACAS PLANAS

2. Correntes cruzadas

PARTES DE UM TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBOS:

TABELA DE EFICIÊNCIA DE UMA ALETA:

Em uma caldeira flamotubular, produtos de combustão quentes, escoando

através de uma matriz de tubos com paredes finas, são utilizados para ferver

água escoando sobre os tubos. Quando da instalação, o coeficiente global de

transferência de calor era igual a 400 W/(m2K). Após um ano de uso, há

deposição sobre as superfícies interna e externa dos tubos, correspondendo a

fatores de deposição de e , respectivamente.

A caldeira deveria ser parada para serviços de limpeza das superfícies dos

tubos?

WKmR id /0015.0" 2

, WKmR ed /0005.0" 2

,

EXEMPLO 1:

ANÁLISE DE TROCADORES DE CALOR:

• MÉDIA LOGARÍTMICA DAS DIFERENÇAS DE TEMPERATURA

1. Trocador de calor com escoamento paralelo

Um trocador de calor bitubular com configuração de correntes paralelas é

utilizado para resfriar óleo lubrificante de um grande motor de turbina a gás. O

óleo deve ser resfriado de 100 para 60 ºC. A temperatura de entrada da água é

de 30 ºC. O coeficiente de troca térmica, é estimado em . Qual a

área necessária para realizar esta troca térmica?

EXEMPLO 02:

KmWU 2/1.38

skgm OH

o

/2.02

skgmoleoo

/2.0

Kkg

kJc OpH 178.4

2

Kkg

kJcpOleo 131.2

2. Trocador de calor com escoamento contracorrente

3. Trocador de calor com condições operacionais especiais

MÉTODO GRÁFICO PARA CORREÇÃO

DA DTml:

Determinar a área de troca de calor requerida para um trocador de calor

construído de tubos de 25 mm de diâmetro externo, para resfriar 25000 kg/h de

uma solução a 95% de álcool etílico de 65 para 40 ºC, usando 22700 kg/h de

água disponível a 10 ºC. Dado .

a) Carcaça e tubos em correntes paralelas.

b) Carcaça e tubos em contracorrente.

c) Contacorrente com passes na carcaça e 72 nos tubos com alcool escoando

na carcaça e água nos tubos.

d) Correntes cruzadas, com um passe na carcaça e nos tubos, fluido misturado

no lado da carcaça com alcool escoando na carcaça e água nos tubos.

EXEMPLO 03:

KmWU 2/570

Kkg

kcalc OpH 00.1

2

Kkg

kcalcpAlcool 91.0

RELAÇÕES DE EFETIVIDADE (e) PARA

TROCADORES DE CALOR:

RELAÇÕES DO NUT DE TROCADORES

DE CALOR:

MÉTODO GRÁFICO PARA EFETIVIDADE

E NUT APLICADO A TROCADORES DE

CALOR:

EXEMPLO 04: Um trocador de calor casco e tubos deve ser projetado para

aquecer 2.5 kg/s de água de 15 para 85ºC. O aquecimento deve ser obtido pela

passagem de óleo motor quente, que está disponível a 160ºC, pelo lado do

casco do trocador. Sabe-se que o óleo proporciona um coeficiente convectivo

médio, he , de 400 W/(m2.K) no lado externo dos tubos. A água é dividida em 10

tubos que atravessam o casco. Cada tubo possui parede delgada e diâmetro,

D, de 25 mm, e faz oito passes no casco. Se o óleo deixa o trocador a 100ºC,

qual a sua vazão? Qual o comprimento que os tubos devem ter para que o

aquecimento desejado seja atingido?.

CÁLCULO DO COEFICIENTE CONVECTIVO

DE TROCA TÉRMICA EM TROCADORES DE

CALOR COMPACTOS:• TUBOS ARRANJADOS EM PARALELO

• TUBOS ARRANJADOS EM QUINCÔNCIO OU ALTERNADOS

• CONSTANTES C1 E m DA RELAÇÃO DE GRIMISON PARA

TROCADORES DE CALOR COMPACTOS:

• FATOR DE CORREÇÃO C2 DA RELAÇÃO DE GRIMSON PARA

TROCADORES COM MENOS DE 10 FILEIRAS DE TUBOS:

• FATOR DE CORREÇÃO C2 DA RELAÇÃO DE ZUKAUSKAS PARA

TROCADORES COM MENOS DE 10 FILEIRAS DE TUBOS:

• CONSTANTES C E m DA RELAÇÃO DE ZUKAUSKAS PARA

TROCADORES DE CALOR COMPACTOS:

EVAPORADORES:

TIPOS DE EVAPORADORES:

S = vapor aquecimento

F = alimentação (carga)

C = condensado do vapor de aquecimento

G = respiradouro

P = produto

V = vapor produzido

EVAPORADORES DE CIRCULAÇÃO FORÇADA

a) Circulação forçada

b) Tubo submerso com circulação forçada

c) Cristalizador tipo Oslo

S = vapor aquecimento

F = alimentação (carga)

C = condensado do vapor de aquecimento

G = respiradouro

P = produto

V = vapor produzido

EVAPORADORES DE TUBO CURTO VERTICAL

d) Tubo curto vertical

e) Calandra propelente

S = vapor aquecimento

F = alimentação (carga)

C = condensado do vapor de aquecimento

G = respiradouro

P = produto

V = vapor produzido

EVAPORADORES DE TUBO LONGO VERTICAL

(g) (h)

f) Tubo longo vertical

g) Tubo longo vertical com recirculação

h) Filme descendente

S = vapor aquecimento

F = alimentação (carga)

C = condensado do vapor de aquecimento

G = respiradouro

P = produto

V = vapor produzido

EVAPORADORES DE TUBO HORIZONTAL

(i)

d) Evaporador de tubo horizontal

e) Evaporador de tubo horizontal com recirculação

EVAPORADORES DE COMBUSTÃO SUBMESA

AUMENTO DA TEMPERATURA DE EBULIÇÃO

DAS SOLUÇÕES (EPE):

EXEMPLO 05: Determinar a área de aquecimento necessária para produção de

10000 kg/h de solução de solução de Glicose a 50 % a partir de uma solução de

glicose 10 %, na temperatura inicial de 27 ºC. A evaporação será realizada em um

evaporador de tubos curtos, que tem, conforme se espera, um coeficiente global de

2,7 kW/(m2K). O vapor de água está saturado a 341,0 kPa e 410 K, e o equipamento

pode ser operado em um vácuo de 68,94 kPa à pressão barométrica de 101,35 kPa.

A 32,41 kPa a temperatura de ebulição da água é de 344 K. Considere que a fração

de 10% em massa de açúcar eleve a temperatura de ebulição em 10 K

kg

kJ0,2150SlvH

kg

kJ0,2647Vvh

kg

kJ55,105Flh

kg

kJ99,217Plh

DADOS (nas condições encontradas no

sistema):

;

;

EVAPORADORES A MULTIPLO EFEITO:

• ALIMENTAÇÃO DIRETA

• ALIMENTAÇÃO INVERSA

• ALIMENTAÇÃO MISTA

• ÚNICO EFEITO • DUPLO EFEITO

ELEVAÇÃO NO PONTO DE EBULIÇÃO POR EFEITO:

Temperatura de

entrada de vapor

Temperatura de ebulição

do do solvente puro no

1º efeito

Temperatura de ebulição

do solvente puro no 2º

efeito

Temperatura de ebulição

do solvente puro