TROCADORES DE CALOR CASCO E TUBOS

- São trocadores amplamente utilizados em processos industriais (aquecimento, resfriamento, evaporação ou vaporização e condensação de todas as espécies de fluidos), quando se necessita de grandes áreas para transmissão de calor.- Consiste de tubos paralelos, por onde circula um dos fluidos, montados num casco cilíndrico, no qual circula o outro fluido.- Tem vantagens em termos de fabricação, custos e desempenho térmico. Podem ser construídos com grandes superfícies de troca de calor em um volume relativamente pequeno, apresentando grande flexibilidade nas condições de projeto e operação (ampla faixa de temperatura e pressão)

Projeto de trocadores de calor (características, fabricação, materiais) - Normas TEMA: Classe R: condições severas de processamento de petróleoClasse C: condições moderadas de operação , aplicação comercial: refrigeraçãoClasse B: serviços de processamento químico

Componentes básicos de trocador casco e tubos:- Casco (1)- Feixe de tubos- Espelhos (2)- Defletores (ou chicanas) (5)- Cabeçotes (3 - carretéis e 4 - tampo)- Tirantes (6)

Figura 1. Componentes de um trocador de calor casco e tubos

Defletores ou chicanas - conduzem o escoamento do fluido de forma ora cruzado, ora paralelo, o que ocasiona certa turbulência e um maior tempo de residência do fluido do casco, levando a um aumento da transferência de calor- ajudam a suportar os tubos no interior do casco, evitando a flexão dos mesmos orifícios anulares, disco e anel e segmentados

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Figura 2. Tipos de defletores

Cabeçotes

- cabeçote estacionário: está ligado ao feixe de tubos e serve para admissão ou admissão e descarga do fluido dos tubos- cabeçote de retorno: dá acabamento ao casco ou descarga do fluido dos tubos.

Caracterização de um trocador de calor - TEMA

Tipo: (cabeçote estacionário, casco e cabeçote de retorno)

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Figura 3. Caracterização do trocador: casco e cabeçotes (TEMA)Cabeçotes estacionários:- Tipos A e B podem ser removidos sem a remoção dos tubos

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- Tipos A e C permitem inspeção dos tubos sem a remoção do cabeçote

Cascos:- Tipo E - mais usado- Tipos G, H e J para reduzir a perda de pressão do fluido do casco e ainda no caso de condensadores em série- Tipo K é usado como refervedor ou em refrigeradores e deve ter o diâmetro do casco bem maior do que o do feixe para prover espaço para o vapor formado.

Cabeçotes de retorno : - Espelho fixo: Tipos L, M e N são iguais aos cabeçotes estacionários A, B e C.- Cabeçote flutuante ou tubo em U: são usados quando há um grande diferencial de temperatura entre os fluidos e torna-se necessário prover o trocador para a dilatação do feixe de tubos (P, S e T)

Trocadores com espelhos fixos:- construção simples- o fluido do lado do casco é limpo e não corrosivo (Não se consegue atingir o lado do casco, para limpeza mecânica e a limpeza química é as vezes insatisfatória)- o diferencial de temperatura entre os fluidos não for grande- pressão no lado do casco á alta comparada com a dos tubos

Trocadores de cabeçote flutuante: - espelho é móvel, permite o movimento entre casco e tubos ou uma expansão térmica diferencial entre o feixe de tubos e o casco.- o feixe de tubos pode ser removido para inspeção, limpeza exterior, ou troca dos tubos. Pode-se fazer a manutenção de cabeçotes, e outros componentes no lado do casco, e também fazer a limpeza no interior dos tubos.

Trocadores com tubos em U: - simplicidade de fabricação- fácil remover o feixe de tubos, sendo portanto o tipo mais econômico- a seção dobrada em U é livre para expandir-se no lado casco.- o fluido que escoa nos tubos deve ser limpo, devido à dificuldade de limpeza dos tubos dobrados- difícil a substituição dos tubos individualmente

Tamanho:Diâmetro nominal:- parte inteira, em polegadas, do número que mede o diâmetro interno do casco- casco tipo K, deve-se usar a parte inteira do número que mede a gola ou garganta do casco, seguida da parte inteira do número que mede o diâmetro do casco propriamente dito.

Comprimento nominal: - comprimento dos tubos, em polegadas

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- tubos em U o comprimento nominal é dado pela reta que vai da extremidade do tubo até a extremidade que passa pelo retorno do feixe.

Figura 4. Comprimento dos tubos retos e em U.

Feixe de tubos: Tubos lisos:- diâmetros padrões: ¾ in, 1 in, 1 ¼ in, 1 ½ in e 2 in- comprimento padrão: 8, 10, 12, 16 e 20 ft

- Tubos aletados:- a superfície ampliada dos tubos vai depender do espaço, limpeza, manutenção, corrosão e custo.- os tubos aletados são classificados segundo:

- orientação das aletas: transversais ou longitudinais em relação ao tubo base.- altura das aletas: tubos de alta aleta e tubos de baixa aleta

- Tubos em U:- problema na determinação do comprimento efetivo dos tubos para o cálculo da área de troca térmica.

Materiais de construção dos tubos e dimensões:- aço, cobre, latão, liga cobre - níquel, bronze alumínio e os aços inoxidáveis.- as dimensões mais comuns são ¾ in e 1in de diâmetro externo

Arranjo de tubos no espelho:- máximo de tubos numa dada seção transversal

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- prover espaço para o escoamento do fluido do casco e para uma boa limpeza.- ângulo formado pela distribuição dos tubos no casco pode ser: 30, 45 e 90.

Arranjo de 30 ou passo triangular : - para fluido do casco é limpo ou quando as incrustações podem ser removidas por tratamento químico- maior perda de carga que o arranjo quadrado (45)

Arranjo de 45 ou passo quadrado girado :- fácil limpeza mecânica externa- coeficientes de transferência de calor menores que o triangular.

Arranjo de 90 ou passo quadrado Indicado para regimes de escoamento turbulento quando baixa perda de carga é desejada.

passo - P menor distância de centro a centro de tubos adjacentespasso mínimo: 1,25xDe do tubo

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Figura 5. Arranjo dos tubos de 30,90 e 45°.

Espaçamento entre defletores- determina a velocidade efetiva do fluido no interior do casco- para o espaçamento uniforme entre os defletores com boa distribuição de fluxo e suporte para os tubos

1/5 Dic < Ld Dic

Percentagem de cortecorte = (altura do segmento da janela/ diâmetro interno do casco). 100 (%)corte de 25%: é um valor médio que serve aproximadamente para todas as situações

Defletores longitudinais: quando o fluido do casco faz mais de uma passagem (¼ in de espessura)

Quebra-jato:- proteção do feixe de tubos:

fluidos não abrasivos e não corrosivos: V2 >1500 - classe Cfluidos corrosivos e abrasivos V2 <500 - classe R

- colocado abaixo do bocal de entrada do fluido do casco- necessário a retirada de alguns tubos que ficam próximo ao bocal de entrada.

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