Trocadores de Calor: Casco e Tubo - Operações Unitárias II

ICT527 OPERAÇÕES UNITÁRIAS II Profa Jaqueline Costa Martins jaquelinemartinsunifalmgedubr Trocadores de Calor 1 ICT527 OPERAÇÕES UNITÁRIAS II Trocadores de calor casco e tubos Configurações mecânicas Aspectos do projeto Métodos de projeto 2 Tópicos 3 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Princípio básico de operação Adaptado de httpwwwrealworldphysicsproblemscomheatexchangerhtml httpwwwkamuicojpenglishproductsshellandtube ICT527 OPERAÇÕES UNITÁRIAS II 4 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Configuração Adaptado de httpwwwsouheatcom httpwwwmetropolitanindcomblog20130506customheatexchangersuppliedtolocalcollege 5 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Fonte httpwwwtitanmfcomphotogalleryheatexchangers 6 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Partes do TC casco e tubo Casco Padrão Di 24 in tubos comerciais Di 24 in chapas soldadas Espessura de parede 38in Especificação de acordo com condições operacionais 12Di24in com 38in de espessura P até 20 atm Tamanhos típicos 8 a 60 in pode chegar a 120in 7 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Partes do TC casco e tubo Bocais Seções soldadas ao casco com flanges para conexão com a tubulação Regra geral fluidos aquecendo entra no fundo e sai no topo fluidos resfriando entra no topo e sai no fundo Normalmente entre 2 e 10in 8 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Partes do TC casco e tubo Feixe de tubos e Chicanas Fonte httpkochheattransfercomproductsboshattenheatexchangers Tubos presos pelas extremidades dois discos de chapa espelhos soldados à carcaça ou flangeados à carcaça e aos cabeçotes 9 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Inscrustação Depósito indesejável nas superfícies de troca de calor aumenta resistência à transferência de calor e ao escoamento Muda o coeficiente global U 10 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Partes do TC casco e tubo Feixe de tubos Norma BWG Diâmetro De e espessura da parede Escolha segundo condições operacionais Lisos ou aletados Mais econômico TC com tubos longos e diâmetro de casco e tubos menores Dimensões dos tubos Padrão recomendado de acordo com configuração mecânica feixe removível configuração de espelhos 11 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Partes do TC casco e tubo Feixe de tubos Norma Relação comprimento x diâmetro do casco entre 5 e 10 Comprimento dos tubos também pode ser definido por padronização no processo manutenção limpeza substituição de materiais 12 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Partes do TC casco e tubo Diâmetro dos tubos tipo de fluido incrustação viscosidade espaço disponível custo limpeza 20mm fluidos limpos 14in perda de carga Disposição dos tubos Fonte Kakaç S Liu H Heat exchangers selection rating and thermal design 2nd edition CRC Press 1998 Boca Raton 13 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Partes do TC casco e tubo Feixe de tubos Literatura fornece no máximo de tubos que pode ser colocado em cada casco Kakaç Liu Perry Chicanas Suporte dos tubos evitar curvaturas vibração Direciona escoamento lado casco melhor transferência de calor evitar regiões mortas Espaçamento TEMA mínimo 15 do Di do casco máximo metade do comprimento máx de tubo não suportado 14 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Partes do TC casco e tubo Chicanas Tubo não suportado tubo do feixe que passa por uma janela da chicana Fonte Kakaç S Liu H Heat exchangers selection rating and thermal design 2nd edition CRC Press 1998 Boca Raton 15 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Configurações mecânicas Espelhos Fixos Flutuante Soldados à carcaça 1 fixo não soldado e Limpeza não mecânica outro livre Simples e barato permite retirada do feixe Tubos em U 1 espelho apenas permite retirada do feixe substituição só dos tubos externos área de troca apenas parte reta 16 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Normas TEMA TAMANHO 21192 TIPO AES 21 diâmetro interno 2125in 192 tubos de 16 ft A carretel com tampa removível E uma passagem no casco S cabeçote flutuante com anel bipartido 18 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Projeto Dimensionamento Termohidráulico realizar um serviço térmico com determinada perda de carga Manual literatura aberta Com computadores institutos e empresas menos simplificações mais preciso não disponível para uso pedagógico 19 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Projeto Métodos de cálculo para projeto térmico Donahue simples Kern foi padrão industrial deficiente p escoamento no lado casco Tinker complexo não muito usado considera complexidade no lado casco BellDelaware apenas escoamento no lado casco preciso e recomendado 20 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Projeto Privados wwwhtrinetcom wwwsoftwareaeatcom Simulação computacional Fonte wwwcomsolru Campo de fluxo e temperatura em um trocador de calor casco e tubo 21 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Método BellDelaware Lado do Tubo Correlações relacionando Nu Pr Re μ Lado do Casco Correlações em função das características físicas do TC tipo corte e espaçamento de chicanas do número diâmetro comprimento e arranjo dos tubos dimensões da carcaça 22 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Método BellDelaware Escoamento Lado do Casco 23 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Método BellDelaware Escoamento Lado do Casco Corrente A fluxo na folga entre os tubos e a chicana Corrente B fluxo principal é o fluxo desejado no lado casco do TC Corrente C corrente de escape entre o feixe de tubular e o casco Corrente E vazamento fluxo através da folga entre as chicanas e o casco Corrente F vazamento entre placa divisora e feixe tubular 24 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Método BellDelaware Escoamento Lado do Casco Corrente A efeito pequeno h e ΔP pode ser minimizada Corrente B principal corrente corrente desejada no casco Corrente C efeito grande em h e ΔP redução mecânica Corrente E efeito grande em h e ΔP inevitável Corrente F efeito moderado em h e ΔP pode ser reduzida 25 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Método BellDelaware Corrente A efeito pode ser minimizado Corrente C correção tiras selantes Corrente E redução da folga 26 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Método BellDelaware Cálculo do coeficiente de transf de calor no lado casco onde hid coeficiente de transf de calor ideal Jc fator de correção para corte e o espaçamento das chicanas J l fator de correção para efeitos dos vazamentos nas chicanas Jb fator de correção devido bypass ao feixe tubular Js fator de correção para o espaçamento desiguais das chicanas nas seções de entrada e saída do trocador Jr fator de correção de escoamento laminar 27 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Método BellDelaware com onde hid coeficiente de transf de calor ideal Jc fator de correção para corte e o espaçamento das chicanas J l fator de correção para efeitos dos vazamentos nas chicanas Jb fator de correção devido bypass ao feixe tubular Js fator de correção para o espaçamento desiguais das chicanas nas seções de entrada e saída do trocador Jr fator de correção de escoamento laminar 28 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Método BellDelaware Cálculo perda de carga no lado do casco Dividido em 3 partes 1 Perda de carga nas seções de entrada e saída DPe 2 Perda de carga nas seções de escoamento cruzado DPc 3 Perda de carga nas seções de janelas DPw Perda de carga total Dps 29 TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBO Exercícios 91 Kakaç Liu