Trocador de Calor Placas

ROTEIRO DO PROJETO DIMENSIONAMENTO DE UM TROCADOR DE CALOR 1 OBJETIVOS DO PROJETO Comparar a área de troca térmica obtida a partir do dimensionamento usando a equação de projeto 𝑞 𝑈 𝐴 ΔT𝑚 𝐹𝑀𝐿𝐷𝑇 com a área real exemplo para trocador a placas 𝐴𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑛º𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎𝑠 𝐴𝑓𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎 da empresa A partir da comparação entre as áreas totais de troca de calor podese discutir possíveis diferenças relacionadas à dissipação de calor e às incrustações do trocador de calor 2 DADOS E QUESTÕES RELEVANTES a Propriedades do alimento escolhido b Fluxograma do processamento c Quais as temperaturas de entrada e saída dos fluidos d Quais as vazões dos fluidos e Qual a área efetiva de cada placa térmicatubo Pode ser obtida no catálogo do trocador de calor f Qual a quantidade de placas térmicastubos g Quais os números de passes dos fluidos h Qual a condutividade da placa térmicatubo i De onde o produto é bombeado e por quantas placas ele passa j De quanto em quanto tempo realizase a limpeza do trocador de calor Como é esse processo A limpeza realizada é suficiente para retirar as incrustações l Qual o fator de alargamento da área da placa fAP m Qual a largura entre as gaxetas da placa wg n Qual a espessura da placa ep o Quais os números de canais p Qual a espessura do canal ec Necessário para calcular velocidade 3 CÁLCULO DA ÁREA EFETIVA DE TROCA TÉRMICA TEÓRICA I Trocador de calor a placas a Cálculo da velocidade Primeiramente é necessário realizar o cálculo do diâmetro hidráulico conforme Equação 1 Em seguida deve ser realizado o cálculo da área de seção transversal conforme Equação 2 𝐴𝑠 𝑒𝑐 𝑤𝑔 Para calcular a velocidade de cada fluido deve ser utilizada a Equação 3 na qual Q é a vazão volumétrica de cada fluido nc é o número de canais totais e np é o número de passes Equação 3 b Cálculo dos números adimensionais Para o cálculo do número de Reynolds utilizase a Equação 4 e para o cálculo do número de Prandt utilizase a Equação 5 Equação 4 Equação 5 Para o cálculo de Nusselt utilizase a Equação 6 para trocador de placas e para encontrar o valor do coeficiente convectivo de troca térmica utilizase a Equação 7 Os valores b1 e b2 podem ser encontrados na tabela 103 sendo que esses são valores dependentes do número de Reynolds e do ângulo da placa térmica Equação 6 Equação 7 c Cálculo do coeficiente global de troca térmica Após o cálculo dos coeficientes convectivos de troca térmica frio e quente deve ser realizado o cálculo do coeficiente global de troca térmica limpo conforme a Equação 8 Para realizar o cálculo do coeficiente global de troca térmica sujo devese pesquisar na teoria tabelas ou exercícios fornecidos em sala de aula os valores das resistências para os fluidos utilizados na indústria em questão Prosseguir com o cálculo do Usujo conforme a Equação 9 Equação 8 Equação 9 d Cálculo da temperatura média logarítmica A partir da Equação 10 o cálculo de ΔTm deverá ser realizado levando em conta a conformação do trocador de calor contracorrente ou concorrente Equação 10 e Cálculo da área efetiva de troca térmica Para o cálculo da área efetiva de troca térmica deverá ser calculado a carga térmica q conforme a Equação 11 Lembrando que a Equação 11 vale tanto para os dados do fluido quente quanto para o fluido frio já que teoricamente eles são iguais qqqf Equação 11 Para proceder com o cálculo da área efetiva de troca térmica da placa deverá ser utilizada a Equação 12 equação de projeto tanto para Ulimpo quanto para Usujo FMLDT deverá ser obtido a partir dos gráficos disponibilizados nos arquivos dados em aula Equação 12 II Trocador de calor casco e tubo a Cálculo da velocidade Para o cálculo da velocidade é necessário primeiramente calcular as áreas de seção transversal do escoamento do tubo e do escoamento do casco sendo que a área da seção transversal do casco deve ser calculada conforme a Equação 13 Equação 13 Sendo que Ac1 deve ser calculada conforme a Equação 14 e Ac2 conforme a Equação 15 em que Dc é o diâmetro do casco Dext é o diâmetro externo do tubo Sc é o passo entre as chicanas St é o passo entre o centro dos tubos e Ajanela é a área da janela do casco sem as chicanas Equação 14 e 15 A área da seção transversal do tubo deve ser calculada conforme a Equação 16 em que Dint é o diâmetro interno do tubo Equação 16 Para calcular a velocidade deve ser utilizada a Equação 17 em que Q é a vazão volumétrica do fluido Equação 17 b Cálculo dos números adimensionais Para o cálculo do número de Reynolds utilizase a Equação 4 e para o cálculo do número de Prandt utilizase a Equação 5 exibida anteriormente Para o cálculo de Nusselt existem diversas correlações e a sua escolha vai depender dos valores dos números adimensionais Reynolds e Prandt Para o cálculo do coeficiente convectivo de troca térmica utilizase a Equação 7 exibida anteriormente c Cálculo do coeficiente global de troca térmica Após o cálculo dos coeficientes convectivos de troca térmica frio e quente deve ser realizado o cálculo do coeficiente global de troca térmica conforme a Equação 18 Para realizar o cálculo do coeficiente global de troca térmica sujo deve se pesquisar na teoria tabelas ou exercícios fornecidos em sala de aula os valores das resistências para os fluidos utilizados na indústria em questão Prosseguir com o cálculo do Usujo conforme a Equação 19 na qual Aln é a área média logarítmica Equação 18 Equação 19 d Cálculo da temperatura média logarítmica A partir da Equação 10 o cálculo de ΔTm deverá ser realizado levando em conta a conformação do trocador de calor e Cálculo da área efetiva de troca térmica Para o cálculo da área efetiva de troca térmica deverá ser calculado a carga térmica q conforme a Equação 11 Lembrando que a Equação 11 vale tanto para os dados do fluido quente quanto para o fluido frio já que teoricamente eles são iguais qqqf Para proceder com o cálculo da área efetiva de troca térmica da placa deverá ser utilizada a Equação 12 tanto para Usujo quanto para o Ulimpo Informações do produto Produto Cerveja Artesanal Temperatura de entrada 98C temperatura de fervura Temperatura de saída 30C Temperatura líquido de resfriamento água da rua 25C Vazão do fluido cerveja 200L em 30min Quantidade de Placas 40 placas Quantidade de passes dos fluídos 1x pelo chiller material interno cobre Ps Trocador de placas brasado soldado Medidas 7cm x 30cm 1 A água utilizada no preparo do produto é água da rua não há controle de temperatura porém foi estimado uma média 2 Depois da fervura no trocador de calor é feito a diminuição da temperatura de 98C com água 25C 3 A cerveja sai do tanque e passa no trocador de calor é resfriada com a água da rua Todo o processo é feito em 30 min 4 O fluxo da cerveja que sai do tanque é feito de forma manual 5 Passa pelo chiller 1x única passada 6 Medida do trocador de calor 7 Limpeza é feita a cada ciclo de utilização 30min recirculando no chiller sanitização cip 8 Onde ocorre a troca de calor é tudo capilar