Trocador de calor duplo tubo
Duplo tubo - arranjo de tubos concêntricos
conectados nas extremidades com a finalidade de
suportar o tubo interno mantendo-o centralizado,
promover a entrada, a saída ou o retorno do fluido de
uma perna a outra
- as correntes quente e fria estão em sentidos
opostos, escoamento contracorrente, ou no mesmo
sentido, escoamento paralelo
Duas pernas de duplo tubo formam um grampo em U
(curva de retorno) geralmente exposto, o qual não
fornece uma superfície de T .C. efetiva.
Aplicações de pequena capacidade com superfícies
de troca térmica < 50 m2,e adequada quando um dos
fluidos está a alta pressão.
PASTEURIZADORES TUBE IN TUBE
PARA SUCOS E POLPAS, COM
REGENERAÇÃO DIRETA OU
INDIRETA DE CALOR E
RESFRIAMENTO AQUECEDORES
TUBULARES POR ÁGUA
QUENTE OU VAPOR
DIRETO. RESFRIADORES
POR ÁGUA DE TORRE OU
ÁGUA GELADA
PASTEURIZADORES
ESPIRALADOS
PARA ENVASE A
QUENTE
VANTAGENS:
- flexibidade de aplicação e disposição
- resistem a grandes pressões e temperaturas
- é possível o verdadeiro escoamento em contracorrente
- facilmente limpos
- fácil controle de distribuição de fluxo
- calculados de maneira rápida e com precisão aceitável
DESVANTAGENS:
- pequena quantidade da superfície de troca contida num
único grampo, sendo necessário o uso de vários deles para
processos industriais, ocupando um espaço considerável
- caro em relação ao custo por m2 de área de troca.
São facilmente construídos a partir de tubos e peças padronizadas:
- Tubo externo de 2 a 4" (~5 a 10 cm) (anel)
- Tubo interno de 3/4 a 2 1/2” (~1 ,9 a 6,3 cm)
Tabelas dimensões de tubos
- Comprimento efetivo de 12, 15 ou 20 ft (3,6, 4,6 ou 6 m)
- Podem apresentar aletas no exterior do tubo interno
Admite elevada Temperatura e Pressões:
- anel -até 2000 psi (13,8 MPa)
- tubo -até 20.000 psi (138,0 MPa)
Usado para pequenas áreas de troca
PROJETO TÉRMICO
-Correntes de fluidos no duplo tubo: paralelas ou opostas (contracorrente)
- A taxa de transferência de calor se obtém de acordo com a equação:
q = UP A Tml
ext
R
ext
h
1
kL.2
ri
reln.A
int
A
A.R
int
Ah
A
1U
incrust
fe
conv
e
paredecondução
e
incrust
i
efi
conv
ii
e
P
Ae=deL
Coeficientes de transferência de calor convectivos, h
hi – coeficiente interno (correlações)
he: coeficiente externo (seção do anel) :
- Utiliza as mesmas correlações de hi para regimes
transição e turbulento, com o diâmetro equivalente (Deq)
de
)dD(
d4
)dD(4
P
A4Deq
2e
2i
e
2e
2i
molhado
escoamento
k
D.hNu
eqe
- Para regime laminar plenamente desenvolvido na região
anular com uma superfície isotérmica e outra adiabática
(isolada)
k
DhNu
eqii
k
DhNu
eqoo
interno
externo
2
1
21ml
T
Tln
TTT
T
x
Te
Ts
te
ts
x
T
Te
Ts
te
ts
Arranjo de correntes
em contracorrente
Arranjo de correntes
em paralelo
Perda de pressão no duplo-tubo
A pressão disponível para movimentar o fluido através do trocador de calor
será consumida para vencer as perdas por atrito nas tubulações, conexões,
bocais e no trocador de calor
A perda de carga admissível para trocadores de calor em escoamento forçado é
da ordem de 3,5 a 7 m de coluna de água (5 a 10 psi)
Perda no escoamento interno
Perda de pressão no anel, o diâmetro deve ser substituído pelo diâmetro
hidráulico
Dh=Di – de
i
2
i
2
d2
LA
mf
d
L
2
Vfp
anel
h
A
mDRe
Dh2
LAanel
mf
Dh
L
2
Vfp
22
Arranjo série-paralelo de grampos
)teTe(STm
1
1n1
11
1
1
11
1
R
1
P
1
R
1Rln
1R
Rn
P1S
22n
1
22
2
2
2
RP
1R1ln
R1
n
P1S
1 corrente quente em série e n1 correntes frias em paralelo
1 corrente fria em série e n2 correntes quentes em paralelo
ee
es1
tT
tTP
)tt(n
TTR
es1
se1
ee
se2
tT
tTP
)tt(
)TT(nR
es
se22
Te
Ts te
ts
INCRUSTAÇÃO
fefifefitotal,f Rdi
deRR
Ai
AeRR
oincrustaçã_pelaadicional_area
total,fLpalim
sujoRU1
A
A
Coeficiente global de TC limpo, UL (W/m²K)
Per
cen
tag
em d
e au
men
to n
a ár
ea d
evid
o a
incr
ust
ação
Para UL
Para UL
FATOR DE LIMPEZA (CF)
L
P
U
UCF
tot,fLP
RU
1
U
1
CFU
CF1R
Ltot,f
tot,fLRU1
1CF
sujoP UU
Coeficiente de transferência de calor, UL
(W/m²K)
Fator de limpeza, CF
Res
istê
nci
a to
tal
de
incr
ust
ação
Rf
x 1
04
(m²K
/W)
Se UL é baixo, um dado
CF acomoda um Rf,tot
maior
Se UL é alto, um dado
CF não tolera Rf,tot
elevado
ACRÉSCIMO DE ÁREA (OS)
tot,fPpalim
sujaRU1001
A
A100OS
2
L
S
S
L
L
S
L
S
V
V
D
D
f
f
p
p
2
D
Vf2
z
p