Trocador de Calor

Conceitos Importantes

Princípios de Transferência de Calor

Equipamentos Utilizados na Troca Térmica

Componentes

Formação de Depósito

Exemplos Práticos

TemperaturaTemperatura

Pode ser definida como:Pode ser definida como:• “ “A medida do grau de agitação das moléculas de um corpo”A medida do grau de agitação das moléculas de um corpo”•““O numero que é associado ao corpo para caracterizar o seu estado térmico”O numero que é associado ao corpo para caracterizar o seu estado térmico”

Escalas de temperaturaEscalas de temperatura

•Celsius (Celsius (ooC)C)•Rankine (R)Rankine (R)•Fahrennheit (F)Fahrennheit (F)•Kelvin (K)Kelvin (K)

Calor SensívelCalor Sensível

•É definido como a quantidade de calor cedida ou recebida por um sistema É definido como a quantidade de calor cedida ou recebida por um sistema ao sofrer uma variação de temperatura.ao sofrer uma variação de temperatura.

Calor Latente (vaporização/condensação)Calor Latente (vaporização/condensação)

•Quantidade de calor recebido ou cedido por um sistema ao sofrer mudança Quantidade de calor recebido ou cedido por um sistema ao sofrer mudança de fase sem haver mudança de temperatura do mesmo.de fase sem haver mudança de temperatura do mesmo.

Estado da matéria contra tenmperatura

S

T

a

b c

d e

f

ab Sólido (Sensível)bc Sólido/Líquido (Latente)cd Líquido (Sensível)de Líquido/Vapor (Latente)ef Vapor (Sensível)

LÍQUIDO SUB-RESFRIADOLÍQUIDO SUB-RESFRIADOSe após a condensação, o líquido resultante é resfriado de modoSe após a condensação, o líquido resultante é resfriado de modoque sua temperatura seja reduzida abaixo da temperatura deque sua temperatura seja reduzida abaixo da temperatura desaturação, o líquido é chamado sub-resfriado.saturação, o líquido é chamado sub-resfriado.

VAPOR SUPERAQUECIDOVAPOR SUPERAQUECIDOSe após a vaporização, o vapor resultante é aquecido de modoSe após a vaporização, o vapor resultante é aquecido de modoa que sua temperatura seja elevada acima da temperatura dea que sua temperatura seja elevada acima da temperatura desaturação, o vapor é chamado superaquecido.saturação, o vapor é chamado superaquecido.

EFEITO DA PRESSÃOEFEITO DA PRESSÃO

Pressão Temperatura Pressão Temperatura

T(vapor saturado) = Pabs x 100 Pabs em (kg/cm²) e T em (ºC)

TEMPERATURA DE SATURAÇÃOTEMPERATURA DE SATURAÇÃOTemperatura na qual um fluído muda da fase líquida paraTemperatura na qual um fluído muda da fase líquida parafase vapor ou, inversamente, da fase vapor para a fasefase vapor ou, inversamente, da fase vapor para a faselíquida.líquida.

Temperatura

TLsat

Vsat

Tempo

Pressão

Entalpia

condensando

evaporando

P1

P2

Líq

- sat

vap - sat

vap

- sup

eraqL + V

Liq.

Sub

resf

r.

CALOR SENSÍVEL

Q = m c ( t1 - t2 )

Q = calor trocado (kcal/h)m = vazão mássica (kg/h)c = calor específico (kcal/kgºC)t = temperatura (ºC)

CALOR LATENTE

Q = m H

Q = calor trocado (kcal/h)m = vazão mássica (kg/h) H = calor latente (kcal/kg)

•CONDUÇÃOCONDUÇÃO

•CONVECÇÃOCONVECÇÃO

•RADIAÇÃORADIAÇÃO

Tipos de Transferência de calor Tipos de Transferência de calor

CONDUÇÃOCONDUÇÃOOcorre quando a energia se transmite por contato direto entre asOcorre quando a energia se transmite por contato direto entre asmoléculas de um só corpo ou entre as moléculas de dois ou maismoléculas de um só corpo ou entre as moléculas de dois ou maiscorpos em perfeito contato térmico.corpos em perfeito contato térmico.

•ConduçãoConduçãoCondutividade de alguns materiaisCondutividade de alguns materiais

Material K (cal/s*m*ºC) Característica

Prata 98 Condutor

Cobre 92 Condutor

Alumínio 49 Condutor

Vidro 0,25 Isolante

Água 0,13 Isolante

Lã de vidro 0,007 Isolante

CONVECÇÃOCONVECÇÃOOcorre quando há movimento de calor de um lugar para outroOcorre quando há movimento de calor de um lugar para outrodevido a correntes que se estabelecem no interior de um fluído.devido a correntes que se estabelecem no interior de um fluído.Estas correntes são conhecidas como correntes de convecçãoEstas correntes são conhecidas como correntes de convecçãoresultantes da modificação da densidade produzida pela expansãoresultantes da modificação da densidade produzida pela expansãoda porção aquecida de um fluído.da porção aquecida de um fluído.

Esta pode ser: Esta pode ser: Natural -Natural - O movimento do fluido é dado inteiramente das O movimento do fluido é dado inteiramente das diferenças de densidade entre partes do fluido em função da temperatura.diferenças de densidade entre partes do fluido em função da temperatura. Forçada -Forçada - O movimento é dado por meios mecânicos. O movimento é dado por meios mecânicos.

•ConvecçãoConvecçãoCoeficiente convectivo de alguns fluidosCoeficiente convectivo de alguns fluidos

Material Condição h (cal/s*m2*ºC)

Ar Convecção natural 1,2 a 6

Água Convecção forçada 12 a 360

Vapor Condensação 1.200 a 24.000

RADIAÇÃORADIAÇÃO

Apresenta-se na forma de um movimento de onda similar às ondasApresenta-se na forma de um movimento de onda similar às ondasde luz, onde a energia é transmitida de um corpo para o outro sem de luz, onde a energia é transmitida de um corpo para o outro sem necessidade de intervenção da matérianecessidade de intervenção da matéria

4^TAeQr

Qr = Fluxo de calor radiante (cal/s)Qr = Fluxo de calor radiante (cal/s)A =área do corpo emitente (mA =área do corpo emitente (m22))T = temperatura absoluta (K)T = temperatura absoluta (K)e =emissividade da superfície do corpo emitente e =emissividade da superfície do corpo emitente =constante de Stefan-Boltzmann=constante de Stefan-Boltzmann =1,36x10=1,36x10-8-8 cal/s*m cal/s*m22*K^4*K^4

(Lei de Stefan-Boltzmann)

Emissividade - É a razão entre a quantidade de radiação de um Emissividade - É a razão entre a quantidade de radiação de um corpo real e a de uma corpo negro à mesma temperatura.corpo real e a de uma corpo negro à mesma temperatura.

•RadiaçãoRadiação

Emissividade para alguns materiaisEmissividade para alguns materiais

Corpo Negro - É o Material que absorve todo calor radiante de uma Corpo Negro - É o Material que absorve todo calor radiante de uma fonte incidente qualquer.fonte incidente qualquer. = 1= 1

Corpo negro e = 1

Amianto e = 0,95

Água e = 0,95

Alumínio (chapa polida) e = 0,04

Condutividade Térmica

•Corresponde a capacidade que as substâncias possuem de conduzir o calor.

Emissividade

•Refletividade () - Capacidade de um corpo refletir parte das ondas caloríficas incidentes.•Absorvidade () - Capacidade de um corpo absorver parte das ondas caloríficas incidentes.•Transmissividade () - capacidade de um corpo transmitir parte das ondas caloríficas incidentes.

A soma das parcelas deve ser 1 + + + + = 1 = 1

Aquecedores - Fornecem calor sensível e/ou latente à um liquido ou gás mediante troca de calor com o fluido frio.

Condensadores - Realizam a condensação de vapores total ou parcial utilizando água ou outro tipo de fluido refrigerante. Ex.: Saida do topo d e colunas de destilação bem como em turbinas para condensação dos vapores.

Resfriadores - Removem calor de fluidos de processo utilizam água ou ar como fluido de resfriamento mais comum.

Refrigeradores - Resfriam um fluido de processo com fluidos refrigerantes como amonia , freon, propano numa temperatura, portanto, mais baixa do que poderia ser obtida empregando-se água ou ar.

Equipamentos Utilizados na Troca Térmica Equipamentos Utilizados na Troca Térmica ClassificaçãoOs permutadores de calor recebem um nome conforme o tipo de aplicação ao qual ele é utilizado. Assim temos:

Vaporizadores - Cede calor ao fluido de processo com intuito de vaporiza-lo total ou parcialmente utilizando-se vapor de água ou outro fluido de processo conveniente.

Trocadores de CalorTrocadores de CalorSão dispositivos utilizados para a troca de calor entre dois fluidos, São dispositivos utilizados para a troca de calor entre dois fluidos, possibilitando o aquecimento de um e o resfriamento do outro.possibilitando o aquecimento de um e o resfriamento do outro. Nesses equipamentos o contato entre os fluidos normalmente é Nesses equipamentos o contato entre os fluidos normalmente é indireto. A transferência de calor é feita do fluido quente para a indireto. A transferência de calor é feita do fluido quente para a parede do tubo por convecção, por condução na parede do tubo e parede do tubo por convecção, por condução na parede do tubo e novamente por convecção da parede para o fluido frio.novamente por convecção da parede para o fluido frio.

Tfs

Tqs

Tqe

Tfe

Principais Tipos de Trocadores de CalorPrincipais Tipos de Trocadores de Calor

Os trocadores de calor porém ser classificados de acordo com:

-A disposição das correntes dos fluidos: Correntes Correntes paralelasparalelas, contracorrentecontracorrente, correntes cruzadas correntes cruzadas e multipassesmultipasses.

-Tipo de construção: segundo a construção os trocadores podem ser de tubos coaxiais tubos coaxiais ou duplo tuboduplo tubo, cascocasco ee tubostubos, placasplacas e compactoscompactos.

-Quanto a ligações entre trocadores: sériesérie, paraleloparalelo e misto.misto.

Quanto a passagem do fluidoQuanto a passagem do fluido

Podem ser:

Paralelo - Quando os fluxos percorrem o trocador na mesma direção.

PARALELO

T2

t2

T1

t1

resfriando

aquecendo

DIFERENÇA DE TEMPERATURA

Fluido quente: T1, T2

Fluido frio: t1, t2

Quanto a passagem do fluidoQuanto a passagem do fluido

Podem ser:Podem ser:

ContracorrenteContracorrente - Quando os fluxos percorrem o trocador em sentidos - Quando os fluxos percorrem o trocador em sentidos opostos. opostos.

DIFERENÇA DE TEMPERATURA

Fluido quente: T1, T2

Fluido frio: t1, t2

T2

T1

t1

t2

aquecendo

resfriando

CONTRA CORRENTE

Multipasse e com Correntes CruzadasMultipasse e com Correntes CruzadasMultipasse:

Existem situações em que, devido a restrições de espaço, econômicas ou condições técnicas específicas opta-se por construir trocadores com multipasse nos tubos e ou no casco.

Correntes Cruzadas Nos trocadores de calor de correntes cruzadas, os fluidos se deslocam com correntes perpendiculares uma à outra. Neste caso os trocadores podem ser aletados ou sem aletas, diferindo-se pelo fato dos fluidos que se movem sobre os tubos estarem não misturados ou misturados respectivamente.

Trocador de Calor Duplo TuboTrocador de Calor Duplo Tubo

Tubo externo

Tubo internoFluido frio

Fluido quente

Tfs

Tqs

Tqe

Tfe

Trocador duplo tubo composto por um grampoTrocador duplo tubo composto por um grampo

Tipo de construçãoTipo de construção

Trocador de Calor Duplo Trocador de Calor Duplo TuboTubo


TROCADORES DE CALOR TIPO PLACATROCADORES DE CALOR TIPO PLACA Este tipo de trocador normalmente é construído com placas planas

lisas ou com alguma forma de ondulações. Geralmente, este trocador não pode suportar pressões muito altas, comparado ao trocador tubular equivalente.

Trocadores de Calor CompactosTrocadores de Calor CompactosOs trocadores de calor compactos são usados, tipicamente, quando se deseja ter uma grande área de transferência de calor por unidade de volume e pelo menos um dos fluidos é um gás.

Um bom exemplo é o radiador do sistema de refrigeração dos motores automotivos.


Tipo de construçãoTipo de construçãoCasco e Tubos

Tipo Casco-Feixe Tubular:Tipo Casco-Feixe Tubular:São construídos basicamente de um feixe de tubos envolvidos por um casco cilíndrico.

1)1) pode ser projetado praticamente para qualquer aplicação;pode ser projetado praticamente para qualquer aplicação;

2) pode ser utilizado para amplas faixas de vazão, temperatura e 2) pode ser utilizado para amplas faixas de vazão, temperatura e pressão;pressão;

3) normalmente é o único tipo que pode ser aplicado a processos que 3) normalmente é o único tipo que pode ser aplicado a processos que necessitam de grandes áreas de troca térmica (A > 5.000 mnecessitam de grandes áreas de troca térmica (A > 5.000 m22), ), pressões acima de 30 bar e temperaturas superiores a 260 °C;pressões acima de 30 bar e temperaturas superiores a 260 °C;

4) pode ser construído com diferentes materiais, possibilitando a 4) pode ser construído com diferentes materiais, possibilitando a operação com fluidos corrosivos;operação com fluidos corrosivos;

5) pode operar com líquidos, gases e vapores;5) pode operar com líquidos, gases e vapores;

6) pode operar como condensador ou vaporizador;6) pode operar como condensador ou vaporizador;

7) pode operar em posição vertical ou horizontal.7) pode operar em posição vertical ou horizontal.

Trocador de Calor Casco e TubosTrocador de Calor Casco e Tubos

Principais característicasPrincipais características

Quanto a ligações entre permutadores:Quanto a ligações entre permutadores:Podem ser:

Série - Quando os fluxos de saída de um trocador estão ligados nas entradas de outros.


Paralelo - Quando os fluxos de entrada se bifurca para entrar nos trocadores e reúne-se após a saída dos mesmos.


Misto - Quando os fluxos são em série e paralelo.

ComponentesComponentesTubosTubos CascoCasco

Cabeçote estacionárioCabeçote estacionário

BocalBocal

Bocal Bocal

Tampo Tampo

Cabeçote flutuante Cabeçote flutuante

ChicanasChicanas

FlangeFlange

AlçaAlça

Espelho Espelho

Defletores Defletores

ComponentesComponentesOs principais componentes dos permutadores são: casco, Tubo/feixe tubular,espelhos, cabeçote fixo-carretel,cabeçote fixo-retorno,tampo e cabeçote flutuante.

Os acessórios são: chincanas, tirantes e espaçadores, flanges, juntas, anéis, quebra-jato, defletores, vent,dreno,conexões,suportes e alça.

Tema (Tubular Exchangers Manufacturer Association) (Tubular Exchangers Manufacturer Association) :Recomenda o emprego de uma codificação padronizada para identificação de permutadores casco/tubo, que é composta de números e letras os quais caracterizam comprimento, diâmetro e o tipo.

Designação dos trocadores casco e tubo de acordo com a TEMADesignação dos trocadores casco e tubo de acordo com a TEMA::

A norma TEMA utiliza um código com números e letras que define as A norma TEMA utiliza um código com números e letras que define as dimensões e o tipo do trocador casco e tubo. As dimensões fornecidas dimensões e o tipo do trocador casco e tubo. As dimensões fornecidas (números) são o diâmetro nominal do casco (diâmetro interno, (números) são o diâmetro nominal do casco (diâmetro interno, normalmente em polegadas, arredondado para o inteiro mais próximo) normalmente em polegadas, arredondado para o inteiro mais próximo) e o comprimento dos tubos (também em polegadas). O tipo de e o comprimento dos tubos (também em polegadas). O tipo de trocador (letras) refere-se ao cabeçote anterior (fixo), ao tipo de casco trocador (letras) refere-se ao cabeçote anterior (fixo), ao tipo de casco e ao cabeçote posterior, conforme as ilustrações a seguir.e ao cabeçote posterior, conforme as ilustrações a seguir.

ExemplosExemplos::

Tamanho 21-192 Tipo AESTamanho 21-192 Tipo AES

Tamanho 26-192 Tipo AFPTamanho 26-192 Tipo AFP



CascoCasco::

Os cascos são padronizados: para diâmetros de até 24 polegadas Os cascos são padronizados: para diâmetros de até 24 polegadas utilizam-se tubos comerciais, e acima disso são construídos a partir utilizam-se tubos comerciais, e acima disso são construídos a partir de chapas soldadas. Apresentam em geral espessura de parede de de chapas soldadas. Apresentam em geral espessura de parede de no mínimo 3/8 de polegada.no mínimo 3/8 de polegada.

Tamanhos típicosTamanhos típicos:: diâmetro interno de 8 a 60 polegadas, mas há diâmetro interno de 8 a 60 polegadas, mas há casos com diâmetros maiores que 120 polegadas.casos com diâmetros maiores que 120 polegadas.

Casco.Casco.ComponentesComponentes


Tipos de cascosTipos de cascos

EE Um passe no cascoUm passe no casco

FF Dois passes no casco Dois passes no casco com chicana longitudinalcom chicana longitudinal

GG Fluxo divididoFluxo dividido

HH Fluxo duplamente Fluxo duplamente divididodividido

JJ Fluxo de entrada ou de Fluxo de entrada ou de saída divididosaída dividido

KK Refervedor tipo "Kettle"Refervedor tipo "Kettle"

XX Fluxo cruzadoFluxo cruzado

E

G

F

X

K

J

H

ComponentesComponentes

Cabeçote fixo e de retorno

Situam-se na extremidade, fechando o permutador e tem por finalidade:

•Receber o fluido e dirigi-lo para os tubos;•Orientar o fluxo do fluido para saída;•Mudar a direção do fluxo em um permutador com mais de um passe.

Cabeçote de Retorno.

Estes podem ser fixos ou flutuantes:

Fixos - •São de simples construção (menor custo);•Podem ser construídos com qualquer numero de passes;•Podem ser aplicados a serviços de alta pressão.•Podem reprimir dilatação térmica (recomendáveis para baixas diferenças de temperatura);•Impossibilidade de sacar o feixe tubular;•Limitado a utilização de fluidos limpos


Cabeçote de Retorno.

Flutuantes - possuem construção mais complexa, com um maior numero de acessórios.

•Raramente construídos com numero impar de passes devido a entrada e saída no cabeçote flutuante exigindo vedação eficiente;•Permitem a dilatação térmica e devido a isto podem ser utilizados com diferenças de temperatura elevadas;•Permite sacar o feixe tubular;•Não recomendado para pressões elevadas (estanqueidade);•Tampo externo flangeado ao casco e internos espelho flutuante.



Tipos de cabeçotes posterioresTipos de cabeçotes posteriores

LL Espelho fixo com o cabeçote Espelho fixo com o cabeçote estacionário tipo Aestacionário tipo A

MM Espelho fixo com o cabeçote Espelho fixo com o cabeçote estacionário tipo Bestacionário tipo B

NN Espelho fixo com o cabeçote Espelho fixo com o cabeçote estacionário tipo Nestacionário tipo N

PP Cabeçote flutuante com gaxeta Cabeçote flutuante com gaxeta externaexterna

SS Cabeçote flutuante com anel Cabeçote flutuante com anel bipartidobipartido

TT Espelho flutuante removível Espelho flutuante removível pelo carretel "pull-through"pelo carretel "pull-through"

UU Feixe de tubos em UFeixe de tubos em U

WW Espelho flutuante com anel de Espelho flutuante com anel de vedamento especial (externo)vedamento especial (externo)

L

N

M

U

T

S

WP

Cabeçote Cabeçote Estacionário.Estacionário.


Cabeçote Hidrojateando Cabeçote


Tipos de cabeçotes Tipos de cabeçotes anteriores (fixos)anteriores (fixos)

AA Carretel e tampa Carretel e tampa removíveisremovíveis

BB Carretel tipo boné Carretel tipo boné com tampa integralcom tampa integral

CCCarretel integral com Carretel integral com

espelho e tampa espelho e tampa removíveisremovíveis

NN Carretel integral com Carretel integral com tampa removíveltampa removível

DD Vedamento especial Vedamento especial para altas pressõespara altas pressões

A

N

D

C

B

Espelhos.

•Os espelhos são discos metálicos, nos quais os tubos são conectados, mantendo-os, desta forma, na posição desejada.

EspelhosEspelhos


Espelhos.

•Os permutadores podem ser construídos com os espelhos fixos, um fixo e um flutuante ou um fixo e tubos em U.


Espelhos.Espelhos.ComponentesComponentes

TubosTubos



Tubos do FeixeTubos do Feixe::

Os tubos utilizados nos trocadores de calor casco e tubos não Os tubos utilizados nos trocadores de calor casco e tubos não seguem a mesma norma dos tubos utilizados para transporte de seguem a mesma norma dos tubos utilizados para transporte de fluidos. A norma válida é a fluidos. A norma válida é a BWGBWG ( (Birmingham Wire GaugeBirmingham Wire Gauge), na qual a ), na qual a dimensão do tubo é indicada pelo diâmetro externo e pela espessura dimensão do tubo é indicada pelo diâmetro externo e pela espessura da parede, dada pelo número BWG. da parede, dada pelo número BWG. Quanto maior o número BWG Quanto maior o número BWG menor é a espessura do tubo. menor é a espessura do tubo.

Os tubos utilizados na maioria das vezes são lisos mas dependendo Os tubos utilizados na maioria das vezes são lisos mas dependendo das características do fluido que escoa do lado casco, podem ser das características do fluido que escoa do lado casco, podem ser aletados. Podem ser de diversos materiais, porém na maioria são de aletados. Podem ser de diversos materiais, porém na maioria são de metais, como aço carbono, cobre, latão, aço inox e ligas nobres.metais, como aço carbono, cobre, latão, aço inox e ligas nobres.


Diâmetro Diâmetro externo externo

(in)(in)NNoo

BWGBWGEspessura Espessura da parede da parede

(in)(in)

Diâmetro Diâmetro interno interno

(in)(in)

Área de Área de escoamento escoamento por tubo (inpor tubo (in22))

Área por ft linear Área por ft linear (ft(ft22))

ExternaExterna InternaInterna

101011111212131314141515161617171818

0,1340,1340,1200,1200,1090,1090,0950,0950,0830,0830,0720,0720,0650,0650,0580,0580,0490,049

0,4820,4820,5100,5100,5320,5320,5600,5600,5840,5840,6060,6060,6200,6200,6340,6340,6520,652

0,1820,1820,2040,2040,2230,2230,2470,2470,2680,2680,2890,2890,3020,3020,3140,3140,3340,334

0,19630,1963 0,12630,12630,13350,13350,13930,13930,14660,14660,15290,15290,15870,15870,16230,16230,16600,16600,17070,1707

11 8899101011111212131314141515161617171818

0,1650,1650,1480,1480,1340,1340,1200,1200,1090,1090,0950,0950,0830,0830,0720,0720,0650,0650,0580,0580,0490,049

0,6700,6700,7040,7040,7320,7320,7600,7600,7820,7820,8100,8100,8340,8340,8560,8560,8700,8700,8840,8840,9020,902

0,3550,3550,3890,3890,4210,4210,4550,4550,4790,4790,5150,5150,5460,5460,5760,5760,5940,594061306130,6390,639

0,26180,2618 0,17540,17540,18430,18430,19160,19160,19900,19900,20480,20480,21210,21210,21830,21830,22410,22410,22770,22770,23140,23140,23610,2361

Tubos.

•Podem lisos ou aletados dependendo do fluido a ser processado.•Os tubos lisos são os mais comuns e seu diâmetro varia na ordem.3/4 “, 1”, 1 1/4”, 1 1/2”.•Tubos aletados aumentam a troca térmica devido ao aumento de área superficial, porem com um inconveniente de aumentar a perda de carga do casco.



Disposição dos tubosDisposição dos tubos::

Em termos mecânicos os tubos não podem ficar muito próximos para Em termos mecânicos os tubos não podem ficar muito próximos para não enfraquecer os espelhos. A distribuição dos tubos é padronizada não enfraquecer os espelhos. A distribuição dos tubos é padronizada e o número de tubos que é possível alocar em determinado diâmetro e o número de tubos que é possível alocar em determinado diâmetro de casco depende do diâmetro externo do tubo, do tipo e do valor do de casco depende do diâmetro externo do tubo, do tipo e do valor do passo e do número de passagens no lado tubo, conforme passo e do número de passagens no lado tubo, conforme exemplificado a seguir. exemplificado a seguir.


ComprimentoComprimento::

Relações de custo de trocadores de calor mostram que é mais Relações de custo de trocadores de calor mostram que é mais conveniente e mais econômico construir conveniente e mais econômico construir trocadores longostrocadores longos com com diâmetros de casco e tubo menores.diâmetros de casco e tubo menores.

Em muitas situações o espaço disponível para a instalação do Em muitas situações o espaço disponível para a instalação do equipamento é o fator determinante do comprimento do tubo.equipamento é o fator determinante do comprimento do tubo.

A literatura cita para trocadores com feixe removível um limite de 9 m A literatura cita para trocadores com feixe removível um limite de 9 m e para espelho fixo 15 m. A TEMA (Tubular Exchangers Manufacturer e para espelho fixo 15 m. A TEMA (Tubular Exchangers Manufacturer Association) cita como comprimentos padrão Association) cita como comprimentos padrão 8, 10, 12, 16 e 20 ft8, 10, 12, 16 e 20 ft. Em . Em geral a relação entre comprimento e diâmetro do casco está entre 5 e geral a relação entre comprimento e diâmetro do casco está entre 5 e 10.10.

Outro critério que às vezes define o comprimento dos tubos refere-se Outro critério que às vezes define o comprimento dos tubos refere-se à padronização dos trocadores de calor que fazem parte do processo. à padronização dos trocadores de calor que fazem parte do processo. Objetivando facilitar a manutenção, quanto à substituição e aos Objetivando facilitar a manutenção, quanto à substituição e aos materiais necessários à limpeza do trocador, todos devem ter tubos materiais necessários à limpeza do trocador, todos devem ter tubos com a mesma especificação.com a mesma especificação.


DiâmetroDiâmetro::

A seleção do diâmetro do tubo depende da natureza da incrustação A seleção do diâmetro do tubo depende da natureza da incrustação do fluido, do espaço disponível, do custo e da perda de carga. do fluido, do espaço disponível, do custo e da perda de carga. Trocadores mais compactos são obtidos quando se utilizam tubos Trocadores mais compactos são obtidos quando se utilizam tubos com diâmetro reduzido e pequeno espaçamento entre eles. Porém com diâmetro reduzido e pequeno espaçamento entre eles. Porém isso pode dificultar a limpeza, especialmente na parte externa dos isso pode dificultar a limpeza, especialmente na parte externa dos tubos.tubos.

A prática da limpeza do lado tubo muitas vezes exige que o diâmetro A prática da limpeza do lado tubo muitas vezes exige que o diâmetro do tubo não seja menor que cerca de 20 mm, embora na prática haja do tubo não seja menor que cerca de 20 mm, embora na prática haja trocadores cujo diâmetro dos tubos seja da ordem de 6,35 mm, trocadores cujo diâmetro dos tubos seja da ordem de 6,35 mm, geralmente usados para fluidos limpos e processos de pequeno porte.geralmente usados para fluidos limpos e processos de pequeno porte.

Os diâmetros de tubo mais utilizados são 3/4 e 1 in para fluidos do Os diâmetros de tubo mais utilizados são 3/4 e 1 in para fluidos do lado tubo pouco viscoso e que provoque pouca incrustação. Fluidos lado tubo pouco viscoso e que provoque pouca incrustação. Fluidos mais viscosos exigem tubos de 2 in.mais viscosos exigem tubos de 2 in.


Espessura dos tubosEspessura dos tubos::

A literatura cita as seguintes considerações:A literatura cita as seguintes considerações:

1. a espessura deve ser capaz de resistir à máxima pressão 1. a espessura deve ser capaz de resistir à máxima pressão diferencial através da parede;diferencial através da parede;

2.2. caso a pressão não seja um fator determinante, considerar:caso a pressão não seja um fator determinante, considerar:

margem adequada para a corrosão;margem adequada para a corrosão;

resistência à vibração ocasionada pelo escoamento no casco;resistência à vibração ocasionada pelo escoamento no casco;

tensão axial;tensão axial;

padronização quanto à estocagem de partes sobressalentes;padronização quanto à estocagem de partes sobressalentes;

custo.custo.

Arranjo de passagem do fluido pelo lado dos tubos.

•Este é comando pelos defletores instalados nos cabeçotes fixos.•Os defletores se encaixam em ranhuras no espelho de forma a dar vedação e direcionamento ao fluido.


Arranjo de passagem do fluido pelo lado dos tubos.Arranjo de passagem do fluido pelo lado dos tubos.


Arranjo de tubos no espelho.Este arranjo é desenhado de modo a se obter o maior numero de tubos por seção transversal do casco. Para isto deve-se manter certa distancia entre os tubos vizinhos de moso a permitir o escoamento, esta é definida como passo.

Existem dois tipos:

Quadrado - Acomoda menos tubos por isto e menos eficiente comparado a um trocados de mesmo tamanho com outra conformação, porém tem menor perda de pressão permite melhor limpeza mecânica.

Triângulo - Acomoda maior numero de tubos num mesmo diâmetro de casco, o escoamento possui maior perda de carga comparado ao passo quadrado. Porém tem maior dificuldade de limpeza.




Os arranjos Os arranjos triangularestriangulares fornecem trocadores fornecem trocadores mais compactosmais compactos. Para . Para mesmo diâmetro de tubo, passo e diâmetro de casco, o número de mesmo diâmetro de tubo, passo e diâmetro de casco, o número de tubos e, conseqüentemente a tubos e, conseqüentemente a área de trocaárea de troca, é , é maiormaior para trocador para trocador com com arranjo triangular arranjo triangular do que arranjo quadrado.do que arranjo quadrado.

Fluidos incrustantesFluidos incrustantes do lado do lado cascocasco requerem requerem arranjo quadradoarranjo quadrado, além , além de passo que possibilite acesso para de passo que possibilite acesso para limpeza mecânicalimpeza mecânica, ou seja, , ou seja, abertura de no mínimo 1/4 de polegada.abertura de no mínimo 1/4 de polegada.

Genericamente o Genericamente o arranjo triangulararranjo triangular é satisfatório para fluidos do lado é satisfatório para fluidos do lado casco com casco com fator de incrustaçãofator de incrustação (R (Rdd) de ) de até 0,002 ftaté 0,002 ft22.h.°F/Btu.h.°F/Btu, ou em , ou em situações onde seja possível situações onde seja possível limpeza químicalimpeza química..



Há normas e práticas que governam a disposição dos tubos para Há normas e práticas que governam a disposição dos tubos para formar o feixe tubular. A TEMA normaliza estes quatro arranjos.formar o feixe tubular. A TEMA normaliza estes quatro arranjos.

Passo60°

PassoPasso

45°

Passo

30°

Triangular (30°) Triangular (60°)

Quadrado (90°) Quadrado rodado (45°)

Passo (PPasso (PTT)) - distância de centro a centro entre tubos adjacentes; - distância de centro a centro entre tubos adjacentes;Abertura (C')Abertura (C') - diferença entre o passo e o diâmetro externo do tubo. - diferença entre o passo e o diâmetro externo do tubo.

Arranjo de tubos no espelho.



ddint. cascoint. casco (in)(in)

ddfeixefeixe

(in)(in)ddext. tuboext. tubo

(in)(in)Passo Passo

(in)(in) ArranjoArranjoNúmero de passagens no tuboNúmero de passagens no tubo

11 22 44 66 88

8,0718,071 6,8216,821

3/43/43/43/43/43/41111

15/16 15/16 11111111

TriangularTriangularQuadradoQuadradoTriangularTriangularQuadradoQuadradoTriangularTriangular

38383232373721212222

32322626303016161818

26262020242416161616

24242020242414141414

1818--------

12121010

3/43/43/43/43/43/41111

15/16 15/16 11111111


1091098080909048485757

98987272848444445252

86866868727240404444

82826868707038384242

78786060686836364040

17171616

3/43/43/43/43/43/41111

15/1615/1611111111


239239188188211211112112130130

224224178178201201110110124124

194194168168181181102102116116

1881881641641761769898

110110

17817814214216616682829494

Arranjo de tubos no espelho.


ChicanasChicanas::

As chicanas têm por função suportar os tubos, para As chicanas têm por função suportar os tubos, para evitar curvaturasevitar curvaturas e possível e possível vibraçãovibração, além de , além de direcionar o escoamentodirecionar o escoamento do lado casco, do lado casco, fazendo-o cruzar o feixe perpendicularmente várias vezes, fazendo-o cruzar o feixe perpendicularmente várias vezes, melhorando a transferência de calor e evitando regiões mortas.melhorando a transferência de calor e evitando regiões mortas.

O espaçamento entre as chicanas é padronizado e de acordo com a O espaçamento entre as chicanas é padronizado e de acordo com a TEMA, o espaçamento TEMA, o espaçamento mínimomínimo é igual a 1/5 do diâmetro interno do é igual a 1/5 do diâmetro interno do casco ou de 2 polegadas, aquele que for maior. O espaçamento casco ou de 2 polegadas, aquele que for maior. O espaçamento máximo entre chicanas é definido pelo comprimento máximo de tubo máximo entre chicanas é definido pelo comprimento máximo de tubo não suportado (lnão suportado (lmm), o qual é tabelado considerando o diâmetro externo ), o qual é tabelado considerando o diâmetro externo e o material do tubo.e o material do tubo.

O comprimento de tubo não suportado corresponde ao dobro do O comprimento de tubo não suportado corresponde ao dobro do espaçamento das chicanas, conforme ilustrado no desenho abaixo.espaçamento das chicanas, conforme ilustrado no desenho abaixo.


lm

Chicanas.Chicanas.


ComponentesComponentesChicanas.Chicanas.

ChicanasChicanas::

Há diferentes tipos de chicanas. A mais conhecida e utilizada é a Há diferentes tipos de chicanas. A mais conhecida e utilizada é a segmentar. segmentar.

A chicana segmentar consiste em um disco cortado. O setor cortado é A chicana segmentar consiste em um disco cortado. O setor cortado é a janela (J) da chicana, por onde escoará o fluido lado casco. A altura a janela (J) da chicana, por onde escoará o fluido lado casco. A altura da janela da chicana (ou altura do corte) é representada por lda janela da chicana (ou altura do corte) é representada por lcc, e a , e a razão entre o lrazão entre o lcc e o diâmetro interno do casco (D e o diâmetro interno do casco (Dss), expresso em ), expresso em porcentagem, é o corte da chicana. Dizer que o corte da chicana é porcentagem, é o corte da chicana. Dizer que o corte da chicana é 20% significa que l20% significa que lcc/D/Dss é igual a 0,20. Duas chicanas consecutivas são é igual a 0,20. Duas chicanas consecutivas são colocadas em posições inversas a fim de causar escoamento cruzado colocadas em posições inversas a fim de causar escoamento cruzado no feixe de tubos.no feixe de tubos.

O corte das chicanas segmentares pode variar de 15 a 40%, sendo o O corte das chicanas segmentares pode variar de 15 a 40%, sendo o intervalo de 20 a 30% o mais comum e 25%, o valor típico.intervalo de 20 a 30% o mais comum e 25%, o valor típico.


lc

ChicanasChicanas::

Quando o projeto do trocador exigir perda de carga reduzida e isto não Quando o projeto do trocador exigir perda de carga reduzida e isto não for possível com as chicanas segmentares, utilizam-se as chicanas for possível com as chicanas segmentares, utilizam-se as chicanas duplamente ou triplamente segmentares.duplamente ou triplamente segmentares.



BocaisBocais::

Os bocais normalmente são seções de tubos soldadas ao casco, Os bocais normalmente são seções de tubos soldadas ao casco, com flanges para a conexão da tubulação. Seu diâmetro é, em geral, com flanges para a conexão da tubulação. Seu diâmetro é, em geral, igual ao da tubulação conectada, e varia entre 2 e 10 polegadas.igual ao da tubulação conectada, e varia entre 2 e 10 polegadas.

É regra geralÉ regra geral::

fluidos sendo aquecidos ou vaporizados entram pelo fundo e saem fluidos sendo aquecidos ou vaporizados entram pelo fundo e saem pelo topo; pelo topo;

fluidos sendo resfriados ou condensados entram pelo topo e saem fluidos sendo resfriados ou condensados entram pelo topo e saem pelo fundo. pelo fundo.


Placas de impactoPlacas de impacto::

Têm como objetivo proteger os tubos do impacto da entrada da Têm como objetivo proteger os tubos do impacto da entrada da alimentação (lado casco), principalmente quando há partículas alimentação (lado casco), principalmente quando há partículas sólidas.sólidas.

São placas planas ou curvas com espessura de São placas planas ou curvas com espessura de 6 mm e um pouco 6 mm e um pouco maiores que o diâmetro do bocal.maiores que o diâmetro do bocal.

A TEMA estabelece que se deve utilizá-las nos casos descritos A TEMA estabelece que se deve utilizá-las nos casos descritos abaixo.abaixo.

Fator de impacto (Fator de impacto (.v.v22)) FluidosFluidos

> 1.500 lb/ft.s> 1.500 lb/ft.s22não ocorra mudança de fase;não ocorra mudança de fase;não corrosivos;não corrosivos;não abrasivos.não abrasivos.

> 500 lb/ft.s> 500 lb/ft.s22 demais fluidos.demais fluidos.

Número de passagens dos fluidos num trocador casco e tuboNúmero de passagens dos fluidos num trocador casco e tubo::

Passe ou passagem está relacionado ao número de vezes que o Passe ou passagem está relacionado ao número de vezes que o fluido percorre o trocador de uma extremidade a outra, do lado fluido percorre o trocador de uma extremidade a outra, do lado casco e lado tubo.casco e lado tubo.

Por convenção um trocador casco e Por convenção um trocador casco e tubo n-mtubo n-m, significa que o , significa que o mesmo apresenta mesmo apresenta "n" passagens no casco"n" passagens no casco e e "m" passagens no "m" passagens no tubotubo..

Trocador de calor casco e tubo 1-1Trocador de calor casco e tubo 1-1


Número de passagens dos fluidos num trocador casco e tuboNúmero de passagens dos fluidos num trocador casco e tubo::

Passe ou passagem está relacionado ao número de vezes que o Passe ou passagem está relacionado ao número de vezes que o fluido percorre o trocador de uma extremidade a outra, do lado fluido percorre o trocador de uma extremidade a outra, do lado casco e lado tubo.casco e lado tubo.

Por convenção um trocador casco e Por convenção um trocador casco e tubo n-mtubo n-m, significa que o , significa que o mesmo apresenta mesmo apresenta "n" passagens no casco"n" passagens no casco e e "m" passagens no "m" passagens no tubotubo..

Trocador de calor casco e tubo 1-2Trocador de calor casco e tubo 1-2


· Trocador de Calor casco e tubos · a - Um passe no casco e dois passes nos tubos. · b - Dois passes no casco e quatro passes nos tubos.

FATOR DE SUJEIRA, DEPÓSITO, INCRUSTAÇÃO

Na maioria das aplicações industriais de permutadores, lida-se com fluídos que causam sujeira (fouling/scaling), isto é, um fluído pode entrar num permutador com uma concentração de material que tende a se depositar na superfície de troca de calor.

Diz-se que a superfície está se sujando quando este material depositado resiste à transferência de calor, assim, um permutador está sujo quando não pode fornecer a carga térmica para o qual foi projetado, projeto este que inclui previsão para acumulação de sujeira.

Formação de DepósitoFormação de Depósito

Formação de DepósitoFormação de Depósito

ESCOLHA DO FLUÍDO DOS TUBOSESCOLHA DO FLUÍDO DOS TUBOS

Critérios mais importantes:

- Fluído mais sujo: limpeza é mais fácil e eficiente.- Fluído com maior pressão: evita vazamentos e uso de grandes espessuras no casco.- Fluído mais quente: evita o uso de isolamento térmico no casco e a necessidade de construí-lo em material mais nobre.- Fluído mais tóxico: evita vazamentos e uso de material nobre no casco.-Fluído corrosivo: evita corrosão do casco.

Casos Particulares:- Fluído mais viscoso no casco: possibilidade de sair do escoamento laminar.- Cálculo da P é mais preciso para os tubos.Econômico:- Custo do material.

ELEVAÇÃO DO COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE ELEVAÇÃO DO COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALORCALOR

Aumento de turbulência:

- Aumento da velocidade.- Uso de chicanas.- Tipo de arranjo: triangular versus quadrado.

Tipo de fluído:

- Fluídos com alto coeficiente de película

PLUGUEAMENTO DE TUBOS

- - Redução da área.Redução da área.- Influência no “U”.- Influência no “U”.- Influência na diferença de temperatura.- Influência na diferença de temperatura.- Influência na troca térmica.- Influência na troca térmica.- Folga de projeto.- Folga de projeto.


Balanço de EnergiaBalanço de Energia::

O balanço de energia para cada corrente de fluido, O balanço de energia para cada corrente de fluido, desprezando-se a variação de Edesprezando-se a variação de Ecc, E, Epp e W e Wee, pode ser escrito na , pode ser escrito na seguinte forma:seguinte forma:

12 HH.wQ

em que:em que:

w w - - vazão mássica da corrente de fluido considerada;vazão mássica da corrente de fluido considerada;

HH11 e H e H22 - - entalpia por unidade de massa da corrente considerada, entalpia por unidade de massa da corrente considerada, nas condições de entrada e saída, respectivamente.nas condições de entrada e saída, respectivamente.

Desprezando-se qualquer perda térmica do trocador para a vizinhança, o Desprezando-se qualquer perda térmica do trocador para a vizinhança, o calor cedido por uma corrente fluida é igual ao calor recebido pela outra calor cedido por uma corrente fluida é igual ao calor recebido pela outra corrente fluida, o que nos permite escrever:corrente fluida, o que nos permite escrever:

na qual os índices "q" e "f" referem-se ao fluido quente e frio, na qual os índices "q" e "f" referem-se ao fluido quente e frio, respectivamente.respectivamente.

CASOSCASOS:: 1) Em ambas as correntes não ocorrem mudança de fase do fluido. Neste 1) Em ambas as correntes não ocorrem mudança de fase do fluido. Neste caso apenas calor sensível será trocado. Portanto a equação acima pode caso apenas calor sensível será trocado. Portanto a equação acima pode ser reescrita na seguinte forma:ser reescrita na seguinte forma:

1f2ff1q2qq HH.wHH.w

1f2fff2q1qqq TT.cp.wTT.cp.w



2) O fluido de aquecimento é vapor saturado e sai do sistema como 2) O fluido de aquecimento é vapor saturado e sai do sistema como líquido saturado. A equação de balanço pode, neste caso, ser reescrita líquido saturado. A equação de balanço pode, neste caso, ser reescrita como: como:

sendo sendo vapvap o calor latente de vaporização do vapor. o calor latente de vaporização do vapor. 3) O fluido de aquecimento é vapor superaquecido e sai do sistema 3) O fluido de aquecimento é vapor superaquecido e sai do sistema como líquido sub-resfriado. A equação de balanço pode, neste caso, ser como líquido sub-resfriado. A equação de balanço pode, neste caso, ser reescrita da seguinte forma:reescrita da seguinte forma:

em que cpem que cpqgásqgás e cp e cpqlíqqlíq são os calores específicos do fluido de são os calores específicos do fluido de aquecimento no estado gasoso e líquido, respectivamente.aquecimento no estado gasoso e líquido, respectivamente.

1f2fffvapq TT.cp.w.w

1f2fff2qsatqlíqvapsat1qqgásq TT.cp.wTT.cpTT.cp.w


Área

T

0 ATotal

Tfs

Tq

Tfe

a b

Área

T

0 ATotal

Tf

Tqs

Tqe

a b

Área

T

0 ATotal

Tfe

Tqs

Tqea b

Tfs

As temperaturas dos fluidos num trocador de calor não são em geral As temperaturas dos fluidos num trocador de calor não são em geral constantes, mas variam de ponto para ponto à medida que o calor é constantes, mas variam de ponto para ponto à medida que o calor é transferido do fluido mais quente para o mais frio. Mesmo para uma transferido do fluido mais quente para o mais frio. Mesmo para uma resistência térmica constante, a quantidade de calor transferida varia resistência térmica constante, a quantidade de calor transferida varia ao longo do caminho do escoamento, pois seu valor depende da ao longo do caminho do escoamento, pois seu valor depende da diferença de temperatura entre os fluidos quente e frio em cada seção.diferença de temperatura entre os fluidos quente e frio em cada seção.

Diferença de TemperaturaDiferença de Temperatura::

Um balanço de energia no estado estacionário, para uma seção diferencial do trocador de calor representado abaixo, é dado por:


Tf

Tf1

Tf2

Tq1Tq2

Tf

Tq

dA.T.UdQ

dA.TT.UdT.cp.wdT.cp.wdQ fqqqqfff

Alimentação em paraleloAlimentação em paralelo


Se os calores específicos dos fluidos não variarem com a temperatura, Se os calores específicos dos fluidos não variarem com a temperatura, podemos escrever um balanço térmico da entrada até uma seção podemos escrever um balanço térmico da entrada até uma seção arbitrária deste trocador (alimentação em paralelo) da seguinte forma: arbitrária deste trocador (alimentação em paralelo) da seguinte forma:


1qqqq1ffff TT.cp.wTT.cp.w

Explicitando TExplicitando Tqq nesta equação, temos: nesta equação, temos:

1ffqq

ff1qq TT

cp.wcp.w

TT

Subtraindo TSubtraindo Tff de ambos os lados desta equação, temos: de ambos os lados desta equação, temos:

qq

fff1f

qq

ff1qfq cp.w

cp.w1.TT.

cp.wcp.w

TTT



ffffq dT.cp.wdA.TT.UdQ

dA.cp.w

U

cp.wcp.w

1.TT.cp.wcp.w

T

dT

ff

qq

fff1f

qq

ff1q

f

qq

fff1f

qq

ff1qfq cp.w

cp.w1.TT.

cp.wcp.w

TTT

1f2fff1f2fff TT

Qcp.w TT.cp.wQ

T

ff1f1q

2f1fqq

ff2f1q

qq

ff

A.cp.w

UTT

TT.cp.wcp.w

TTln.

cp.wcp.w

1

1

1f2f

1q2q

qq

ff

TTTT

cp.wcp.w


Considerando U = cte, a integração desta equação ao longo de todo o Considerando U = cte, a integração desta equação ao longo de todo o comprimento do trocador, isto é, desde A = 0 até A = Acomprimento do trocador, isto é, desde A = 0 até A = Att, resulta em:, resulta em:


Sabemos que, para todo o trocador, as expressões abaixo são válidas:Sabemos que, para todo o trocador, as expressões abaixo são válidas:

Substituindo estas duas expressões na equação acima e rearranjando, Substituindo estas duas expressões na equação acima e rearranjando, temos:temos:



2f2q

1f1q

2f2q1f1qT

TTTT

ln

TTTT.A.UQ

2

1

21T

TT

ln

TT.A.UQ

Generalizando:Generalizando:

MLDT.A.UQ T

MLDT é a média logarítmica das diferenças de temperatura e MLDT é a média logarítmica das diferenças de temperatura e TTii é a é a diferença de temperatura entre os fluidos nos terminais "i" do trocador diferença de temperatura entre os fluidos nos terminais "i" do trocador (entrada ou saída). (entrada ou saída).



2

1

21T

TT

ln

TT.A.UQ MLDT.A.UQ T

Esta é a equação de projeto de um trocador de calor duplo tubo. A Esta é a equação de projeto de um trocador de calor duplo tubo. A área de troca térmica (Aárea de troca térmica (ATT) refere-se à área externa do tubo interno) refere-se à área externa do tubo interno..

Obs.: para a dedução da MLDT foram feitas as seguintes hipóteses:Obs.: para a dedução da MLDT foram feitas as seguintes hipóteses: 1. vazões constantes (regime permanente);1. vazões constantes (regime permanente); 2. perdas de calor desprezíveis (-Q2. perdas de calor desprezíveis (-Qqq = Q = Qff);); 3. calores específicos constantes;3. calores específicos constantes; 4. U é constante ao longo do trocador;4. U é constante ao longo do trocador; 5. em qualquer seção transversal, a temperatura de cada fluido é cte;5. em qualquer seção transversal, a temperatura de cada fluido é cte; 6. não há mudanças de fases parciais.6. não há mudanças de fases parciais.


ALIMENTAÇÃO EM PARALELOALIMENTAÇÃO EM PARALELO::

Os dois fluidos entram no trocador de calor na mesma extremidade Os dois fluidos entram no trocador de calor na mesma extremidade e o percorrem no mesmo sentido. Na entrada tem-se a maior e o percorrem no mesmo sentido. Na entrada tem-se a maior temperatura do fluido quente e a menor temperatura do fluido frio e, temperatura do fluido quente e a menor temperatura do fluido frio e, portanto a maior diferença de temperatura entre os fluidos. Essa portanto a maior diferença de temperatura entre os fluidos. Essa diferença cai ao longo do trocador e nesse tipo de alimentação não diferença cai ao longo do trocador e nesse tipo de alimentação não é possível obter temperatura de saída do fluido frio maior que a de é possível obter temperatura de saída do fluido frio maior que a de saída do fluido quente.saída do fluido quente.

Tf1

0 Área AT

T

Tq1

Tq2

Tf2


ALIMENTAÇÃO EM CONTRACORRENTEALIMENTAÇÃO EM CONTRACORRENTE::

Neste tipo de alimentação os fluidos entram no trocador de calor Neste tipo de alimentação os fluidos entram no trocador de calor em extremidades opostas percorrendo-o em sentido contrário. em extremidades opostas percorrendo-o em sentido contrário. Neste caso a temperatura de saída do fluido frio pode ser superior Neste caso a temperatura de saída do fluido frio pode ser superior à temperatura de saída do fluido quente (Tà temperatura de saída do fluido quente (Tf2f2 > T > Tq2q2). Isto torna a ). Isto torna a operação em contracorrente muito mais vantajosa que a operação operação em contracorrente muito mais vantajosa que a operação em paralelo, pois a quantidade de calor que é possível transferir é em paralelo, pois a quantidade de calor que é possível transferir é maior.maior.

0 Área AT

TTq1

Tq2

Tf2

Tf1


ParaleloParalelo

ContracorrenteContracorrente

2f2q

1f1q

2f2q1f1q

TTTT

ln

TTTTMLDT

2f1q

1f2q

2f1q1f2q

TTTT

ln

TTTTMLDT

EXEMPLOEXEMPLO:: Considere a situação na qual as temperaturas dos fluidos Considere a situação na qual as temperaturas dos fluidos na entrada e saída do trocador de calor sejam: Tna entrada e saída do trocador de calor sejam: Tq1q1 = 350 °C; T = 350 °C; Tq2q2 = 200 = 200 °C; T°C; Tf1f1 = 100 °C; T = 100 °C; Tf2f2 = 180 °C. = 180 °C.

Operação em paralelo:Operação em paralelo: MLDT = 91 °CMLDT = 91 °C

Operação em contracorrente:Operação em contracorrente: MLDT = 132 °CMLDT = 132 °C

Como: Como:

Conclui-se que para um mesmo U, fixadas as temperaturas de Conclui-se que para um mesmo U, fixadas as temperaturas de entrada e saída, o trocador com alimentação em contracorrente entrada e saída, o trocador com alimentação em contracorrente necessitará de menor área para trocar uma mesma quantidade de necessitará de menor área para trocar uma mesma quantidade de calor.calor.


MLDT.A.UQ T


OBSERVAÇÃO:OBSERVAÇÃO: Na situação onde um dos fluidos envolvidos não Na situação onde um dos fluidos envolvidos não apresentar variação de temperatura (ex. apresentar variação de temperatura (ex. condensação de vapor condensação de vapor saturadosaturado, , vaporização de um líquido saturadovaporização de um líquido saturado) a ) a MLDTMLDT será igual para será igual para os dois tipos de alimentação (paralelo e contracorrente), para um os dois tipos de alimentação (paralelo e contracorrente), para um conjunto de temperaturas fixo.conjunto de temperaturas fixo.

TTq1

Tf2

0 Área AT

Tq2Tf1

0 Área AT

T

Tq2Tq1

Tf2

Tf1

0 Área AT

T

Tq2Tq1

Tf1

Tf2

0 Área AT

T

Tq2

Tq1

Tf2Tf1

DEFINIÇÕESDEFINIÇÕES

1.1. Intervalo ou variação de temperatura:Intervalo ou variação de temperatura: é a variação de é a variação de temperatura de cada corrente, (Ttemperatura de cada corrente, (Tq1 q1 - T- Tq2q2) para o fluido quente ) para o fluido quente e (Te (Tf2f2 - T - Tf1f1) para o fluido frio;) para o fluido frio;

2.2. Aproximação de temperatura:Aproximação de temperatura: para a operação em paralelo para a operação em paralelo é a diferença entre as temperaturas de saída dos fluidos é a diferença entre as temperaturas de saída dos fluidos quente e frio (Tquente e frio (Tq2q2 - T - Tf2f2). Para a operação em contracorrente é ). Para a operação em contracorrente é a menor diferença de temperatura dos terminais do trocador, a menor diferença de temperatura dos terminais do trocador, ou seja, (Tou seja, (Tq2q2 - T - Tf1f1), ou, (T), ou, (Tq1q1 - T - Tf2f2), aquela que for menor. Para ), aquela que for menor. Para trocadores com múltiplas passagens, é (Ttrocadores com múltiplas passagens, é (Tq2q2 - T - Tf2f2););

3.3. Interseção de temperaturas:Interseção de temperaturas: só é possível para operação só é possível para operação em contracorrente ou trocadores com passagens múltiplas, em contracorrente ou trocadores com passagens múltiplas, quando se tem a temperatura de saída do fluido frio (Tquando se tem a temperatura de saída do fluido frio (Tf2f2) ) maior que a temperatura de saída do fluido quente (Tmaior que a temperatura de saída do fluido quente (Tq2q2). A ). A diferença entre essas duas temperaturas (Tdiferença entre essas duas temperaturas (Tf2f2 - T - Tq2q2) é ) é denominada temperatura de interseção;denominada temperatura de interseção;

4.4. Encontro de temperatura:Encontro de temperatura: só é válido para as mesmas só é válido para as mesmas condições da interseção de temperaturas, implica Tcondições da interseção de temperaturas, implica Tf2f2 = T = Tq2q2..

ho

hi

Tubo interno

Tubo externo

COEFICIENTE GLOBALGLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR : U

Cálculo do U (limpo) (kcal/hm² ºC)Cálculo do U (limpo) (kcal/hm² ºC)Tubo interno: hiTubo interno: hiTubo anular: hoTubo anular: ho

1 1 1 x ----- = ----- + ----- + ------- Uc hi ho k

Uc = Coef. global limpoUc = Coef. global limpoho = Coef. de película externaho = Coef. de película externahi = Coef. de película internahi = Coef. de película interna x = espessurax = espessurak = condutividade térmicak = condutividade térmica

x

Transmissão de calor em interior de tubos

A transmissão de calor no interior dos tubos é classificada de acordo com o regime de escoamento. O qual é determinado pelo número de Reynolds.

Regime Laminar Re <= 2100Regime de transição 2.100 < Re <= 10.000Regime turbulento Re > 10.000

No regime laminar a T.C. se dar principalmente por condução entre as camadas fluidas.No regime turbulento a T.C. é dada principalmente por convecção forçada.

Re = ρ*v*D μ

ρ é a densidade do fluidov é a velocidadeD é o diâmetro do dutoμ é a viscosidade

CÁLCULO DE “U” SUJO OU DE PROJETO (kcal/h m² ºC)

Tubo externo

Tubo interno

ho

hi

Rdi

Rdo

1 1 1 x ----- = ----- + ----- + ----- + Rdi + Rdo UD ho hi k

1 1----- = ----- + Rd UD UC

Rd = Rdi + Rdo

Rd = Coeficiente de depósito

R

r

Tubo externo

Tubo interno

ÁREAS DE ESCOAMENTO E DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Áreas de escoamento:Tubo interno:

a = d² 4

Região anular:

a = ( D² - d² ) 4

Áreas de transferência de calor:

At = NT dL d = diâmetro externo do tubo interno L = comprimento

NT = nº de tubos

Diferença de temperatura médiaDiferença de temperatura média::

A diferença de temperatura média obtida anteriormente tem A diferença de temperatura média obtida anteriormente tem validade para trocadores de duplo tubo e para trocadores de calor validade para trocadores de duplo tubo e para trocadores de calor casco e tubo com igual número de passagens no casco e no tubo, casco e tubo com igual número de passagens no casco e no tubo, ou seja, n = m, como por exemplo, as configurações 1-1, 2-2, etc.ou seja, n = m, como por exemplo, as configurações 1-1, 2-2, etc.

Para trocadores com diferentes número de passagens no casco e Para trocadores com diferentes número de passagens no casco e tubo (n tubo (n m) a dedução para a verdadeira diferença de temperatura m) a dedução para a verdadeira diferença de temperatura é um tanto complicada, e as soluções são obtidas na literatura na é um tanto complicada, e as soluções são obtidas na literatura na forma gráfica, as quais relacionam um fator de correção F com forma gráfica, as quais relacionam um fator de correção F com adimensionais de temperatura que dependem apenas das adimensionais de temperatura que dependem apenas das temperaturas terminais e das configurações de escoamento e tipo temperaturas terminais e das configurações de escoamento e tipo de trocador.de trocador.


2

1

21

TTln

TTMLDT


O fator de correção F é definido como a relação entre a diferença de O fator de correção F é definido como a relação entre a diferença de temperatura média real no trocador e a média logarítmica das temperatura média real no trocador e a média logarítmica das diferenças de temperaturas (MLDT) em contracorrente, ou seja:diferenças de temperaturas (MLDT) em contracorrente, ou seja:

Obs.: F é uma penalidade que se incorre em razão do escoamento não Obs.: F é uma penalidade que se incorre em razão do escoamento não ser totalmente contracorrente.ser totalmente contracorrente.

Os adimensionais são representados pelas seguintes relações:Os adimensionais são representados pelas seguintes relações:


entecontracorr

alRe

MLDTT

F

1f2f

2q1q

TTTT

R

1f1q

1f2f

TTTT

S


R é a razão entre a queda de temperatura do fluido quente e o R é a razão entre a queda de temperatura do fluido quente e o aumento de temperatura do fluido frio.aumento de temperatura do fluido frio.

S é a razão entre o aumento de temperatura do fluido frio e o máximo S é a razão entre o aumento de temperatura do fluido frio e o máximo aumento que este fluido poderia ter em contracorrente.aumento que este fluido poderia ter em contracorrente.

O O ΔΔt real é obtido da equação:t real é obtido da equação:

O fator F é normalmente menor que 1, e assumirá o valor 1 quando O fator F é normalmente menor que 1, e assumirá o valor 1 quando um dos fluidos for isotérmico.um dos fluidos for isotérmico.

1f2f

2q1q

TTTT

R

1f1q

1f2f

TTTT

S

entecontracorr

alRe

MLDTT

F


Para trocador com diferentes passagens no casco e no tubo (n Para trocador com diferentes passagens no casco e no tubo (n m), a m), a equação de projeto passa a ser:equação de projeto passa a ser:

Fator de correção da MLDT, para trocadores 1-2, 4, 6, 8, ....Fator de correção da MLDT, para trocadores 1-2, 4, 6, 8, ....


entecontracorrMLDT.F.A.UT.A.UQ

Trocador de calor

A VERDADEIRA DIFERENÇA DE TEMPERATURA

S

Trocador de calor


S

Trocador de calor


S

Trocador de calor 110


Exemplo: Em um passo, dois tubos passam por um trocador de calor com água em seu interior e uma taxa de fluxo de 1.5 kg/s entrando a t1 = 30 °C e saindo a t2 = 80 °C. O fluxo de óleo no casco entra a T1 = 130 °C e sai a T2 = 90 °C. O coeficiente de TC é dado por U = 250 W/m2.°C.Calcule a Área de transferência de calor necessária. Solução:

90°C

30°C

130°C

80°C

Trocador de calor 111


)80130/()3090(ln)80130()3090(

)ln( outin

outin

TTTTLMTD

/

C85.54 LMTD

90°C30°C

130°C

80°C

8.0308090130

5.0301303080

12

21

11

12

ttTTR

tTttS

Trocador de calor


89.0F

S

Trocador de calor


C)(85.5489.0C).W/m(250W)(313875

)(

(W) 313875

C)( )3080(C)(J/kg.4185kg/s)(5.1 )(

2

12

LMTDFUQA

Q

ttCmQ ww

2m72.25A

ÁREA DE DCETAG: 710-3205-107 - Resfriador do reator de DCEServiço: Resfriar o DCE em circulação por termossifão no reator de DCEDados de Processo:

LADO DO CASCO LADO DOS TUBOS

Fluído água de resfriamento DCEVazão (Kg/h) 1.823.000 11.710.000Temperatura entrada (ºC) 29,4 52,5Temperatura saída (ºC) 40,0 47,5Calor específico (Kcal/KgºC) 0,998 0,33 a 50ºC

DADOS DOS TUBOSQuantidade: 2.567Diâmetro externo: 2”Comprimento: 9.144 mm

PRINCÍPIOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALORCondução: não considerada no balanço térmico.Convecção forçada: lado da água.Convecção forçada: lado do DCE.

COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR DE PROJETO

1 1 1 x ----- = ----- + ----- + ----- + Rd UD hi ho K

CONVECÇÃO CONDUÇÃO DEPÓSITO

ARRANJOTRIANGULAR

BALANÇO TÉRMICOCálculo da área de troca térmica

Nº de tubos = 2567 tubos

A = n DL

A = 2567 x 3,14 x 2” x 0,0254 m x 9144 mm x 1 m 1” 1000 mmA = 3744 m²

CÁLCULO DA CARGA TÉRMICALado da água:

Q = m Cp T

Q = 1.823 x 10³ Kg x 0,998 Kcal x (40,0 - 29,4) ºC h KgºCQ = 19.285.000 Kcal/h

Lado do DCE:

Q = m Cp T

Q = 11710 x 10³ Kg x 0,33 Kcal x (52,5 - 47,5) ºC h kg ºCQ = 19.320.000 Kcal/h

Cálculo da temperatura média:

DCE

Água

52,5ºC

40,0ºC

47,5ºC

29,5ºC

T2 = 12,5ºC

T1 = 18,1ºC

LMTD = T1 - T2

ln T1

T2

LMTD = 18,1 - 12,5 ln 18,1 12,5

LMTD = 15,1 ºC

CÁLCULO DO COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Q U = A LMTD

1 1U = 19.320.000 Kcal/h x ------------ x ----------- = 342 Kcal/h ºC m² 3744 m² 15,1ºC

PARTICULARIDADES

- Velocidade da água: 1 m/s- Incrustação versus coeficiente de depósito.- Tubo cobre-níquel versus tubo aço-carbono- Furo no trocador- Material Aço-carbono: 0,375” BWG10 Cobre-níquel: 0,083” BWG14

TAG: 711-3215-14A/B - Refervedor da coluna do DCEServiço: Vaporizar o DCE proveniente da coluna de DCEDados de Processo:

LADO DO CASCO LADO DOS TUBOS Fluído vapor d’água fundo da colunaVazão(Kg/h) 10.212 578.000Temp. entrada(ºC) 160 108,7Temp. saída(ºC) 130 109,2Calor latente(Kcal/Kg) 519 -----------

DADOS DOS TUBOSQuantidade: 2527Diâmetro externo: 1”Comprimento: 3048 mm

PRINCÍPIOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALORCondução: não considerada no balanço térmicoConvecção forçada: lado vapor - condensaçãoConvecção forçada: lado do DCE - vaporização de 12% da carga líquida

COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

1 1 1 x ----- = ----- + ----- + ----- + Rd UD hi ho K

CONVECÇÃO CONDUÇÃO DEPÓSITO

BALANÇO TÉRMICO

Cálculo da área de troca térmica:

A = n DL

A = 2527 x 3,14 x 1” x 0,0254 m x 3048 mm x 1 m 1” 1000 mmA = 614 m²

Cálculo da carga térmica:Lado do vapor

Q = m Hcond.

Q = 10.212 Kg x 519 Kcal = 5.300.000 Kcal/h h kg

Lado do DCE

Q = mvap. Hvap.

Hvap. = 5.300.000 kcal x h h 69.400 kg Hvap. = 76,4 kcal/kg da mistura

Cálculo da temperatura média

Condensação vapor

Fundo coluna

130ºC

109,2ºC

130ºC

108,7ºC

T2 = 20,8ºC

T1 = 21,3ºC

LMTD = T1 - T2

ln T1

T2

LMTD = 21,3 - 20,8 = 21 ºC ln 21,3 20,8

LADO DO CASCO LADO DOS TUBOS Fluído vapor d’água 45,0% NaOH e lama de salVazão(kg/h) 72.395 17,1 x 10 (13,6x10 líq./3,5x10 sól.)Temp. entrada(ºC) 185 147,2Temp. saída(ºC) 173,3 150,5Calor latente(kcal/kg) 485.5 -----------Calor específico(kcal/kgºC) -------- 0,71 - líquido / 0,22 sólido

6 6

ÁREA DE SODA/UTILIDADESTAG: 228-1232-052 - Trocador do 1º efeitoServiço: Aquecer solução de soda e sal que circula no 1º efeitoDados de Processo:

6

DADOS DOS TUBOSQuantidade: 875Diâmetro: 2”Comprimento: 180”PRINCÍPIOS DE TRANSFERÊNCIA DE CALORCondução: considerada.Convecção forçada: lado do casco.Convecção forçada: lado dos tubos.

BALANÇO TÉRMICOCálculo da área de troca térmica:

A = n dl

A = 875 x 3,14 x 2” x 0,0254 m x 180” x 1 m 1” 1”A = 638 m²

Cálculo da carga térmica:Lado do vapor

Q = m Hvap.

Q = 72.395 Kg x 485,5 Kcal = 35.147.773 Kcal/h h kg

1” = 2,54 cm = 0,0254 m

Lado da soda

Q = msol. Cpsol Tsol. + mlíq. Cplíq Tlíq.

Q = 3,5x10 kg x 0,22 kcal x (150,5 - 147,2) ºC + 13,6x10 kg x 0,71 kcal x h kgºC h kgºC

(150,5 - 147,2)ºC

Q = 34.405.800 kcal/h

6 6

Cálculo da temperatura média

Condensação

Solução

173,3ºC

150,5ºC

173,3ºC

147,2ºC

T2 = 22,8ºC

T1 = 26,1ºC

LMTD = T1 - T2

ln T1

T2

LMTD = 26,1 - 22,8 = 24,5ºC ln 26,1 22,8

CÁLCULO DO COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Q = U A LMTD

U = 34.405.800 = 2209,7 kcal/hºCm² 638,13 x 24,5

PARTICULARIDADES

- Efeito erosão.- Combinação do efeito concentração versus temperatura.- Obstrução durante a parada do equipamento.- Furo do trocador.

ÁREA DE CLOROTAG: 373-3715-006/007 - Sistema de água geladaServiço: Fornecer água gelada à 4ºC

Dados de Processo:

CONDENSADOR

LADO DO CASCO LADO DOS TUBOS Fluído freon 12 água de resfriamentoVazão(kg/h) 127213 750560Temp. entrada(ºC) 54,1 29,44Temp. saída(ºC) 40,5 35,0Calor latente(kcal/kg) 31,24 ----Calor específico(kcal/kgºC) 0,1847(v) 1,0

DADOS DOS TUBOSQuantidade: 4292Diâmetro externo: 19,05 mmComprimento: 4840 mm

ÁREA DE TROCA TÉRMICA

ÁREA = n DL

ÁREA = 4292 x 3,14 x 19,05 mm x 1 m x 4,84 m 1000 mmÁREA = 1242,6 m²

BALANÇO TÉRMICOLado da água

Q = m Cp T

Q = 750560 kg x 1,0 kcal x ( 35 - 29,44 ) ºC h kgºC

Q = 4.173.114 kcal/h

Lado do freon

Q = m H + m Cp T

Q = 127213 kg x 31,24 kcal + 127213 kg x 0,1847 kcal x (54,1 - 40,55) ºC h kg h kg ºC

Q = 4.293.683 kcal/h

COEFICIENTE DE TROCA REQUERIDA Q U = ------------- MLTD corrigida = 7,4ºC A MLTD

U = 4293683 kcal x 1 x 1 h 1242,6 m² 7,4 ºC

U = 467,0 kcal/h m² ºC

EVAPORADOR

LADO DO CASCO LADO DOS TUBOS Fluído freon 12 água geladaVazão total (kg/h) 113.427 490.000Fase vapor (kg/h) 17.548 ----Fase líquida (Kg/h) 95.879 490.000Temp. entrada(ºC) 1,11 14Temp. saída(ºC) 1,11 7Calor latente(kcal/kg) 37,14 ----Calor específico(kcal/kgºC) ---- 1,0

DADOS DOS TUBOSQuantidade: 1329Diâmetro externo: 19,05 mmComprimento: 3658 mm

ÁREA DE TROCA TÉRMICA

ÁREA = n DL

ÁREA = 1329 x 3,14 x 19,05 mm x 1 m x 3,658 m 1000 mmÁREA = 290,8 m²

BALANÇO TÉRMICOLado da água gelada

Q = m Cp T

Q = 490000 kg x 1,0 kcal x (14 - 7) ºC h kgºC

Q = 3.430.000 kcal/h

Lado do freon

Q = m H

Q = 95879 kg x 37,14 kcal h kg

Q = 3.560.946 kcal/h

COEFICIENTE GLOBAL REQUERIDO Q U = ------------- MLTD corrigida = 8,94 ºC A MLTD

U = 3560946 kcal x 1 x 1 h 290,8 m² 8,94 ºC

U = 1.369,73 kcal/h m² ºC

Torre de ResfriamentoTorre de Resfriamento

PRINCÍPIO DE TROCA DE CALOR E MASSA

TORRES DE RESFRIAMENTOAs torres de resfriamento são utilizadas para fornecimento de água de

resfriamento em processos industriais. A água quente dos trocadores dos processos é bombeada para o topo da torre, onde ela cai ou é pulverizada para baixo, para a base da torre. A temperatura da água é reduzida quando ela cede calor ao ar circulando ao redor da torre.

Embora haja alguma transmissão de calor sensível da água para o ar, o efeito de resfriamento numa torre de resfriamento resulta quase que inteiramente da evaporação de uma porção de água quando a água cai através da torre. O calor para vaporizar a porção de água que evapora é absorvido da massa de águaremanescente, de modo que a temperatura da massa é reduzida. O vapor resultante do processo de evaporação é transportado do ar circulante atravésda torre. Uma vez que tanto, a temperatura quanto o teor de umidade do ar sãoaumentados quando o ar passa através da torre, é evidente que o rendimento datorre de resfriamento depende em grande parte da temperatura de bulbo úmidodo ar que entra.

Quanto mais baixa a temperatura de bulbo úmido do ar que entra, tanto mais eficaz é a torre de resfriamento.

Outros fatores que influenciam o desempenho das torres de resfriamento são: (1) a quantidade de superfície de água exposta e a duração (tempo) de exposição, (2) a velocidade do ar que passa através da torre, (3) a direção dofluxo de ar com relação à superfície de água exposta (paralela, transversal oucontrária). A superfície exposta de água inclui (1) a superfície da água na base da torre, (2) todas as superfícies úmidas na torre, e (3) a superfície combinada das gotículas de água que caem através da torre.

Teoricamente, a temperatura mais baixa à qual a água pode ser resfriada numa torre de resfriamento é a temperatura de bulbo úmido de ar que entra, caso em que; o vapor de água no ar que sai será saturado. Na prática, não é possívelresfriar a água para a temperatura de bulbo úmido do ar. Na maioria dos casos,a temperatura da água que deixa a torre será 4º a 6ºC acima da temperaturade bulbo úmido do ar que entra. Também, o ar que deixa a torre será sempre umpouco menos do que saturado.

TEMPERATURA BULBO SECO DO ARTemperatura medida por um termômetro de bulbo seco comum. Durante amedição da temperatura de bulbo seco do ar, o bulbo deve ser protegido parareduzir os efeitos da irradiação indireta.

TEMPERATURA BULBO ÚMIDO DO ARÉ a temperatura medida por um termômetro de bulbo úmido.- Pavio deve ser saturado com água limpa à temperatura de BU do ar.- Velocidade do ar: 1000 a 2000 ft/min.

Temp. (ºC)

Temp. BU

Área

40ºC

35,6ºC30ºC

26ºC Ar

IMPORTÂNCIA DA TEMPERATURA DE BULBO ÚMIDO- Menor temperatura possível para a qual a água pode ser resfriada numatorre de resfriamento.- Desvio = Temperatura saída da água - Temperatura BU ( = 5ºC )~

CLASSIFICAÇÃO DAS TORRES- Tiragem induzida.- Tiragem forçada.- Tiragem natural.

BALANÇO DE MASSA

Vazão de Make-up = Vazão(Blow-down) + Perda(por evaporação) + Perda(por arreste)

Vazão de Make-up = 10 + 0,0176 x 2800 x 3 + 0,0020 x 2800 x 3

Vazão de Make-up = 174 m³/h

BALANÇO TÉRMICO

Q = m Cp T

Q = 2800 x 3 kg x 1,0 kcal x ( 43 - 30 ) ºC h kgºC

Q = 109.200 kcal/h

TAG: 243-3710-301/302/303 - Torre de resfriamentoServiço: Resfriar água

Dados de Processo:

ÁGUA Vazão por célula (m³/h) 2800 Temperatura entrada (ºC) 30 Temperatura saída (ºC) 43Perda por evaporação (%) 1,76Perda por arraste (%) 0,20

temperatura bulbo úmido(ºC) 26temperatura saída 35,6

CICLO DE REFRIGERAÇÃO SIMPLES

EVAPORADOR

CONDENSADOR

COMPRESSORVÁLVULAEXPANSÃO

1

2

3

4 PEVAP

PCOND

ÁGUA RESF.

ÁGUA GELADA

PCOND

PEVAP

L + V

1

23

4

PRESSÃO

ENTALPIA

com

pres

são

condensação

Evaporação

expa

nsão

Simples com líquido sub-resfriadono condensador

PCOND

PEVAP 1

23

4

PRESSÃO

ENTALPIA

Ciclo com o economizador

PCOND

PEVAP

PRESSÃO

ENTALPIA

PECON

1

2

3 4

5

6

CONCEITOS IMPORTANTES

Capacidade de sistema de refrigeração: toneladas de refrigeração (TR)

1 TR = 12000 Btu = 3,517 W h

1 TR = capacidade de resfriamento equivalente à fusão de 1 tonelada de gelo num período de 24 horas.

- Efeito refrigerante: calor no evaporador- Coeficiente de eficiência: efeito refrigerante / trabalho compressor

PARTICULARIDADES

- Fornecimento de água de resfriamento.- Condensador sujo.- Utilização da água gelada.- Furo na serpentina.

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Trocador de Calor