Projeto de Trocador de Calor Casco e Tubos para Aquecimento de Suco de Goiaba

Trocadores Casco e Tubos Dra Maíra de Paula Gonçalves mairapgunicampbr TA 731 Operações Unitárias II Aula de Exercícios 6 Projete um trocador de calor casco e tubos para aquecer 15000 Lh de suco de goiaba de 4 a 85 C usando vapor saturado a 100 C Considere o suco diluído como um fluido newtoniano com as seguintes propriedades Fator de incrustação em ambos os lados 000015 m²CW Calor latente do vapor 100 C 225099132 Jkg Coeficiente de película do vapor 851739 Wm²C Queda de pressão permitida em cada corrente 10 psi 2 Densidade ρ kgm³ 105763 Viscosidade μ Nsm² 000043 Calor específico cp JkgK 3765 Condutividade térmica k WmK 056 Trocador escolhido Casco 1 passagem Cabeçote fixo Ds 1725 Chicana Corte 25 Espaçamento 11 Tubos 2 passagens BWG 16 do ¾ Arranjo quadrado LDs 10 k 26 Wm K 3 Pitch in do in triangular quadrado 58 0781 0875 ¾ 094 1 1 125 125 114 15625 15625 1 ½ 1875 1875 1 ½ 125de 125de Considere o máximo número de tubos possível para o diâmetro de casco escolhido Esquema de cálculo Tubo Casco D m ሶ𝑚 kgs Ti C To C ሶ𝑞 W Fator incrustação T média C Área escoamento u ms Re Pr Nu h Wm²K 4 Alocação de fluidos e modo de operação Cálculo da quantidade de calor necessária a ser fornecida ou removida Determinação da temperatura média e das propriedades dos fluidos nesta temperatura Esquema de cálculo Tubo suco Casco vapor D m ሶ𝑚 kgs 441 060 Ti C 40 100 To C 850 100 ሶ𝑞 W 1343917 1343917 Fator incrustação 000015 000015 T média C 445 100 Área escoamento u ms Re Pr Nu h Wm²K 5 Alocação de fluidos e modo de operação Cálculo da quantidade de calor necessária a ser fornecida ou removida Determinação da temperatura média e das propriedades dos fluidos nesta temperatura Densidade kgm³ 105763 Viscosidade Nsm² 000043 Calor específico JkgK 3765 Condutividade térmica WmK 056 Tubos Diâmetros 6 𝑑𝑖 0016 𝑚 𝑑𝑜 0019 𝑚 Pitch quadrado 7 Pitch in do in triangular quadrado 58 0781 0875 ¾ 094 1 1 125 125 114 15625 15625 1 ½ 1875 1875 1 ½ 125de 125de Pitch Número tubos 𝑁𝑡 165 𝑃𝑇 00254 𝑚 Tubos Diâmetro interno Área 1 tubo Área escoamento Velocidade 8 𝐴𝑡 𝑁𝑡 𝑎1𝑡 𝑁𝑝𝑡 001607 𝑚² 𝑢 ሶ𝑚 𝜌 𝐴𝑡 026 𝑚𝑠 𝑎1𝑡 𝜋𝑑𝑖 2 4 000019 𝑚² 𝑑𝑖 0016 𝑚 Tubos 09 a 24 ms Tubos Prandtl Reynolds Nusselt Coeficiente película 9 𝑅𝑒 𝜌𝑢𝑑𝑖 𝜇 10281 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑟 𝜇𝑐𝑝 𝑘 2889 𝑁𝑢 0023 𝑅𝑒08 𝑃𝑟033 5289 ℎ𝑖 𝑁𝑢 𝑘 𝑑𝑖 183833 𝑊𝑚2𝐾 Casco C Diâmetro equivalente Área escoamento Velocidade 10 𝐴𝑠 𝐷𝑠𝐶𝐵 𝑁𝑝𝑠𝑃𝑇 0031 𝑚² 𝑢 ሶ𝑚 𝜌 𝐴𝑠 3269 𝑚𝑠 𝐷𝑒𝑞 4 𝑃𝑇 2 𝜋𝑑𝑜2 4 𝜋𝑑𝑜 00241 𝑚 𝐶 𝑃𝑇 𝑑𝑜 000635 𝑚 Gasesvapores 2530 ms Casco Prandtl Reynolds Coeficiente película 11 𝑅𝑒 𝜌𝑢𝐷𝑒𝑞 𝜇 39042 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑟 𝜇𝑐𝑝 𝑘 0987 ℎ𝑜 851739 𝑊𝑚2𝐾 Equação de Projeto Coeficiente global de TC 12 1 𝑈𝑜 𝐴𝑜 𝐴𝑖ℎ𝑖 𝐴𝑜𝑅𝑑𝑖 𝐴𝑖 𝑟𝑜ln 𝑟𝑜 𝑟𝑖 𝑘 𝑅𝑑𝑜 1 ℎ𝑜 1 𝑈𝑠𝑖𝑚𝑝 1 ℎ𝑖 𝑅𝑑𝑖 𝑅𝑑𝑜 1 ℎ𝑜 𝑈𝑜 86633 𝑊𝑚2𝐾 ሶ𝑞 𝑈 𝐴 𝑇𝑚 𝑈𝑠𝑖𝑚𝑝 104017 𝑊𝑚2𝐾 Equação de Projeto Força motriz de TC 13 ሶ𝑞 𝑈 𝐴 𝑇𝑚 𝑇𝑚 𝐹 𝑀𝐿𝐷𝑇𝑐𝑐 4364 𝐶 𝑀𝐿𝐷𝑇𝑐𝑐 𝑇1 𝑡2 𝑇2 𝑡1 ln 𝑇1 𝑡2 𝑇2 𝑡1 4364 𝐶 𝑅 𝑇1 𝑇2 𝑡2 𝑡1 0 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝐹 1 𝑆 𝑃 𝑡2 𝑡1 𝑇1 𝑡1 084 Equação de Projeto Área de TC Área baseada no número de tubos 14 ሶ𝑞 𝑈 𝐴 𝑇𝑚 𝐴 ሶ𝑞 𝑈𝑜 𝐹 𝑀𝐿𝐷𝑇 3555 𝑚² 𝐴𝑁𝑡 𝜋𝑑𝑜𝐿𝑁𝑡 𝐴𝑁𝑡 𝐿 10 𝑚 9875 𝑚² 𝐴𝑁𝑡 𝐿 5 𝑚 4937 𝑚² 𝐿 𝐷𝑠 228 𝐿 𝐷𝑠 114 Asimp 2961 m² Perda de Carga Tubos Casco 15 𝑃 𝑃𝑡 𝑃𝑟 585 𝑘𝑃𝑎 849 𝑝𝑠𝑖 𝑓 00014 0125 𝑅𝑒032 00079 𝑃 4𝑓 𝐷𝑠 𝐷𝑒𝑞 𝑁𝑏 1 𝐺2 2 𝜌 22 𝑘𝑃𝑎 032 𝑝𝑠𝑖 𝑁𝑏 1 𝐿 𝐵 179 17 𝑓 158 ln 𝑅𝑒 3282 00055 𝑃𝑡 4 𝑓 𝐿𝑇 𝑑𝑖 𝐺2 2 𝜌 𝑃𝑟 4 𝑁𝑝𝑡 𝐺2 2 𝜌 Líquidos 10 a 25 psi Gases e vapores P 03 a 2 psi Número inteiro 1 passe tubos arranjo triangular 2 passes tubos arranjo quadrado Tubos N tubos 239 165 Área escoamento m² 0047 0016 Velocidade ms 009 026 Re 3549 10281 Nu 2259 5289 hi Wm²C 785 1838 Perda de carga psi 196 849 Casco Diâmetro equivalente m 0014 0024 Área escoamento m² 0025 0031 Velocidade ms 4043 3269 Re 27518 39042 ho Wm²C 8517 8517 Perda de carga psi 091 032 Uo Wm²C 49479 86633 Área TC m² 6225 3555