Trocadores de Calor: Condições Operacionais e Cálculos

ICT527 OPERAÇÕES UNITÁRIAS II Profa Jaqueline Costa Martins jaquelinemartinsunifalmgedubr Trocadores de Calor 1 Condições operacionais especiais TC casco e tubo Múltiplas passagens Método MLDT EfetividadeNUT 2 Tópicos TC CONDIÇÕES OPERACIONAIS ESPECIAIS Equações específicas para fluidos que mudam de fase 3 Exemplo 115 Incropera pág 440 O condensador de uma grande usina de potência a vapor é um trocador de calor no qual há a condensação de vapor dágua em água líquida Considere que o condensador é um trocador de calor casco e tubos com um único casco e 30000 tubos cada um efetuando dois passes Os tubos possuem parede delgada e diâmetro D25mm e o vapor condensa sobre a superfície externa dos tubos com um coeficiente de transferência de calor associado à condensação igual a he11000Wm2K A taxa de transferência de calor que deve ser efetivada é de q2109W e isto é atingido pela passagem de água de resfriamento através dos tubos a uma vazão de 3104 kgs a vazão em cada tubo é portanto de 1kgs A água entra nos tubos a 20oC enquanto o vapor condensa a uma temperatura de 50oC Qual é a temperatura de resfriamento na saída do condensador Qual deve ser o comprimento L por passe dos tubos 4 LADO CASCO LADO TUBO Trocadores de calor casco e tubo 5 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 tubo 6 Trocadores de calor casco e tubo 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 7 LADO CASCO LADO TUBO CHICANAS baffles Aumento das taxas de TC Trocadores de calor casco e tubo 8 Trocadores de calor casco e tubo 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 9 Trocadores de calor casco e tubo Trocador 1 2 Uma passagem no casco Duas passagens nos tubos TCalor 11 TCalor 12 10 Trocadores de calor casco e tubo Duas passagens no lado Tubo Utype Duas passagens no lado Tubo divisão do cabeçote Uma passagem 11 11 Simulação do escoamento utilizandose fluidodinâmica computacional Trocadores de calor casco e tubo 12 Trocadores de calor casco e tubo 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 13 Trocadores de calor casco e tubo 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 14 Trocadores de calor casco e tubo 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 15 A água a uma vazão de 45500 kgh é aquecida de 80 até 150 ºC 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 350 ºC e o deixam a 175 ºC Determine o coeficiente global de transferência de calor Exemplo 5 18 Exemplo 6 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 35 ºC a 120 ºC utilizando 5000 kgh de água pressurizada que entra no trocador a 300 ºC Sendo U 1500 Wm2K determine a área de transferência de calor requerida Assuma que a temperatura de saída da corrente quente é de aproximadamente 150 ºC 20 Trocadores de calor casco e tubo Método da Efetividade NUT para análise térmica de trocadores de calor NUT NUT a Correntes Paralelas b Contracorrente 22 Trocadores de calor casco e tubo 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 23 Exercícios 1113 pág 448 1138 pág 452 24