Trocadores de Calor: Operações Unitárias II

ICT527 ICT572 OPERAÇÕES UNITÁRIAS II Profa Jaqueline Costa Martins jaquelinemartinsunifalmgedubr Trocadores de Calor 1 Continuação LADO CASCO LADO TUBO Trocadores de calor casco e tubos 2 São trocadores de calor constituídos por um casco cilíndrico contendo um conjunto de tubos trocador multitubular colocados paralelamente ao eixo longitudinal do casco Representação Trocadores de calor casco e tubos 3 Trocadores de calor casco e tubos É o mais comumente empregado na indústria química Utilizado para amplas faixas de vazão temperatura e pressão 30 bar 260 ºC É o único que pode ser aplicado a processos que necessitam de grandes áreas de troca térmica 5000 m2 Possibilita operações com fluidos corrosivos Pode ser operado com líquidos gases ou vapores 4 LADO CASCO LADO TUBO CHICANAS baffles Aumento das taxas de TC Trocadores de calor casco e tubos 5 Trocadores de calor casco e tubos Classificação de acordo com o número de passagens passos envolvidos no escoamento nos lados do casco e dos tubos Tanto o fluido que escoa no lado do casco quanto o que escoa no lado dos tubos pode sofrer mais de uma passagem ao longo do trocador de calor No lado dos tubos isto é conseguido através do uso de tubosU ou pela partição do cabeçote espelho O número passagens no lado dos tubos é em geral de 1 2 4 ou 6 Múltiplas passagens no lado do casco podem ser obtidas particionando o casco com uma chicana longitudinal 6 Trocadores de calor casco e tubos Trocador 1 2 Uma passagem no casco Duas passagens nos tubos TCalor 11 TCalor 12 7 Trocadores de calor casco e tubos Duas passagens no lado Tubo Utype Duas passagens no lado Tubo divisão do cabeçote Uma passagem 11 8 Simulação do escoamento utilizandose fluidodinâmica computacional Trocadores de calor casco e tubos 9 Trocadores de calor casco e tubos MLDT em configurações mais complicadas Múltiplos passes Fluxo Cruzados A relação obtida para MLDT é válida para trocadores de calor em contracorrente ou concorrente com igual número de passagens no casco e no tubo 11 22 Trocadores com diferentes números de passagens uma das passagens estará em contracorrente enquanto a outra estará em paralelo Para estes trocadores complexos múltiplas passagens fluxos cruzados a dedução não é simples e foge ao escopo deste curso detalhes devem ser consultados no Kern Para estes casos o calor transferido é calculado usandose um fator de correção F aplicado à MLDT para o caso de escoamento contracorrente Obtido na forma de GRÁFICOS 10 Trocadores de calor casco e tubos q UAFTMLDT Tm uma média corrigida para outras configurações Tmlcc é a diferença média de temperatura para o caso de escoamento contracorrente com as mesmas temperaturas de entrada e saída da configuração complicada O fator de correção F é sempre menor que 1 para trocadores de fluxos cruzados ou múltiplos passes O valor limite de F1 corresponde ao Tcalor em contracorrente Portanto o valor de F em um Tcalor é uma medida do desvio da TMLDT do caso contracorrente simples 11 Trocadores de calor casco e tubos O fator de correção F para os casos mais comuns de escoamento cruzado e em múltiplos passes é obtido nas figuras a seguir expressas em função de duas razões de temperatura P e R F P R Encontra F 12 A água a uma vazão de 45500 kgh é aquecida de 80 até 150oC em um trocador de calor que possui dois passes no casco e oito passes nos tubos com uma área superficial de 925 m2 Gases quentes de exaustão que possuem aproximadamente as mesmas propriedades termofísicas do ar entram no trocador a 350oC e o deixam a 175oC Determine o coeficiente global de transferência de calor Exemplo 4 15 Exemplo 5 Um trocador de calor casco e tubos dois passes no casco e quatro passes no tubo é usado para aquecer 10000 kgh de água pressurizada de 35oC a 120oC utilizando 5000 kgh de água pressurizada que entra no trocador a 300oC Sendo U 1500 Wm2K determine a área de transferência de calor requerida Assuma que a temperatura de saída da corrente quente é de aproximadamente 150oC 16 Trocadores de calor casco e tubos Método da Efetividade NUT para análise térmica de trocadores de calor NUT NUT a Correntes Paralelas b Contracorrente 17 Trocadores de calor casco e tubos NUT NUT c Um passe no casco e dois quatro seis etc passes nos tubos d Dois passes no casco e quatro oito doze etc passes nos tubos 18 Exercício 2 Vapor dágua saturado a 014 bar é condensado em um trocador de calor casco e tubos com um passe no casco e dois passes nos tubos O trocador possui 130 tubos de latão cada um com um comprimento por passe de 2m Os tubos possuem diâmetro interno e externo de 134 e 159 mm respectivamente Água de resfriamento entra nos tubos a 20oC com uma velocidade média de 125ms O coeficiente de transferência de calor para a condensação sobre as superfícies externas dos tubos é 13500Wm2K Determine o coeficiente global de transferência de calor a temperatura de saída da água de resfriamento e a taxa de condensação do vapor 19