Projeto Termico de Trocadores de Calor Casco e Tubo - UFPB

João Pessoa PB Universidade Federal da Paraíba Centro de Energias Alternativas e Renováveis Departamento de Engenharia de Energias Renováveis Professora Cristiane K F da Silva 2 Apresentação 5 Introdução 51 A Lógica do Projeto 52 Critérios para Alocação das Correntes de Trocadores de Calor Casco e Tubo 53 Projeto Térmico de Trocadores de Calor Casco e Tubo 531 Métodos de Cálculo 3311 Método BellDelaware 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo 3 5 Introdução O projeto de um trocador de calor referese a um dimensionamento termohidráulico do equipamento O equipamento deverá satisfazer simultaneamente requisitos de transferência de calor e de perda de carga Durante determinado período As perdas de cargas admissíveis são impostas durante a realização do projeto e os valores admitidos são Líquidos entre 10 a 25 psi Gases e vapores cerca de 2 psi 4 51 A Lógica do Projeto Há muitas incertezas no projeto previsão das propriedades físicas as correlações para o cálculo dos coeficientes de transferência de calor as restrições de dimensões o desconhecimento das características das incrustações O trocador de calor deve satisfazer os requisitos do processo Distinguir a Avaliação rating cálculos de desempenho e o Dimensionamento sizing problemas de projeto Problema Conhecidos Determinar Avaliação As dimensões e o tipo de equipamento as vazões as temperaturas de entrada dos fluidos as perdas de cargas admissíveis Taxa de transferência de calor as temperaturas de saída as perdas de cargas para serem comparadas com o que o processo necessita Dimensionamento As vazões as temperaturas de entrada dos fluidos uma das temperaturas de saída as perdas de cargas admissíveis A área as dimensões do trocador de calor 5 51 A Lógica do Projeto Procedimento ou estrutura lógica para o projeto Projeto Mecânico Avaliação de Custos A Avaliação do Projeto q e P são aceitáveis Teste do Projeto Desempenho Térmico e Perda de Carga Seleção de um Conjunto de Parâmetros de Projeto do Trocador tentativa Seleção de um Tipo de Trocador Identificação do Problema Aceitável Modificação dos parâmetros de projeto Inaceitável 6 52 Critérios para Alocação das Correntes de Trocadores de Calor Casco e Tubo Considerar os seguintes fatores Qual fluido escoará pelo Lado Tubo e qual pelo Lado Casco Incrustação o fluido mais incrustante deve ser colocado no lado tubo Corrosão o fluido mais corrosivo deve ser colocado no lado tubo Pressão o fluido com maior pressão deve ser colocado no lado tubo Viscosidade o fluido com maior viscosidade deve ser colocado no lado casco Coeficiente de Transferência de Calor o fluido com menor valor de h deve ser colocado no lado casco Vazão o fluido com menor vazão deve ser colocado no casco Não havendo restrições ou se os fluidos apresentarem características semelhantes devese considerar as duas configurações invertendose os fluidos e identificar o melhor projeto 7 53 Projeto Térmico de Trocadores de Calor Casco e Tubo Métodos de Cálculos Métodos disponíveis na literatura Métodos desenvolvidos por empresas e institutos Amplamente divulgados em artigos ou livros chamados de literatura aberta e em sua maioria são considerados métodos manuais Desenvolvidos para utilização de computadores nos quais não foram feitas tantas considerações Podem ser utilizados apenas por patrocinadores ou associados Importância dos métodos ditos Manuais Os pacotes computacionais para o cálculo de trocadores de calor normalmente não são disponíveis para uso pedagógico A utilização desses pacotes poderá ser mais útil se o usuário tiver noção do equipamento e das variáveis que afetam o projeto o que pode ser feito com os métodos manuais Os métodos manuais permitem estimativas rápidas 8 A previsão exata de desempenho e características de dimensionamento de trocadores de calor Casco e Tubo é mais difícil do que para trocadores de calor de Placas 531 Métodos de Cálculos 9 A complexidade das condições de escoamento do lado casco e o impacto dessa complexidade são refletidos no desempenho da transferência de calor 531 Métodos de Cálculos Casco ou carcaça Espaçadores Feixe de Tubos Juntas Montagem Cabeçote Espelho Conexões 10 As características de construção desses trocadores podem invalidar as seguintes suposições 531 Métodos de Cálculos A área da superfície de calor A é uniformemente distribuída em cada lado fluido em um trocador de calor de um passe ou multipasses Para um trocador de calor casco e tubo o aumento ou queda da temperatura por passe na chicana é pequeno comparado com o aumento ou queda da temperatura total do fluido no lado casco A taxa de escoamento de fluido é uniformemente distribuída através do trocador em cada lado fluido em cada passe Os métodos mais utilizados e conhecidos da literatura aberta são 1 Método Danahue Publicado originalmente em 1949 com versão expandida em 1955 foi bastante utilizado em razão de sua simplicidade 1 Método Danahue 2 Método Kern 3 Método Tinker 4 Método BellDelaware 11 531 Métodos de Cálculos 2 Método Kern Tem importância bastante grande tornouse o padrão industrial utilizado durante muitos anos Talvez ainda hoje seja o método mais conhecido embora sua precisão seja reconhecidamente inferior à de outros Sua publicação data de 1950 O escoamento no lado casco é bem mais complexo do que esse método considera 3 Método Tinker Sugeriu a divisão do escoamento lado casco em diferentes correntes e vazamento em trocadores com chicanas Não foi muito empregado em razão de sua complexidade e limitações da época 4 Método BellDelaware Trata apenas do escoamento do lado casco em trocadores de calor casco e tubo reconhecidamente é o mais preciso e recomendado da literatura aberta Os mais conhecidos métodos pertencentes às instituições privadas são os desenvolvidos por HTRI Heat Transfer Research Inc dos EUA wwwhtrinetcom HTFS Heat Transfer and Fluid Flow Service da Inglaterra wwwsoftwareaetcomhtfsindexhtml 12 5311 Método BellDelaware i Desenvolvimento Histórico De 1947 a 1963 o Departamento de Engenharia Química da Universidade de Delaware desenvolveu pesquisas sobre escoamento de fluidos e transferência de calor no Lado Casco de Trocadores de Calor Casco e Tubo Os primeiros trabalhos trataram da transferência de calor e da queda de carga através de feixe de tubos ideal Posteriormente foram estudadas as características de trocadores reais 13 5311 Método BellDelaware ii Mecanismo Simplificado Padrões de Escoamento Lado Casco Uma das principais funções das chicanas é induzir fluxo cruzado para obter coeficientes de transferência de calor mais elevados Características de construção do trocador Este objetivo não é inteiramente alcançado 14 5311 Método BellDelaware O método de BellDelaware utiliza as diferentes correntes que podem existir no lado casco 15 5311 Método BellDelaware O método de BellDelaware utiliza as diferentes correntes que podem existir no lado casco Corrente B Cruzada Corrente A TuboChicana Corrente C FeixeCasco Corrente E ChicanaCasco Corrente F Divisória Passes 16 5311 Método BellDelaware Corrente B Cruzada É a principal corrente em escoamento cruzado flui por uma janela atravessa a seção de fluxo cruzado e sai pela outra janela É a corrente desejada no lado casco 17 5311 Método BellDelaware Corrente A TuboChicana É o vazamento que ocorre entre os tubos do feixe e a chicana 18 5311 Método BellDelaware Corrente C FeixeCasco Desvio do feixe flui ao redor do feixe entre os tubos externos do feixe e casco 19 5311 Método BellDelaware Corrente E ChicanaCasco Corrente de vazamento chicanacasco através da folga entre a extremidade de uma chicana e o casco Corrente F Divisória Passes Escoa por qualquer canal existente dentro do feixe devido aos divisores de passagens do carretel para trocadores com mais de dois passes no casco 20 5311 Método BellDelaware Essas correntes formam um modelo que tenta representar de forma simples o escoamento do lado casco No método BellDelaware a corrente B é considerada essencial e as outras exercem efeitos que modificam o desempenho do trocador previsto apenas pela corrente B As correntes apresentadas têm efeitos grandezas e importâncias diferenciadas Corrente Efeito Corrente A Efeito pequeno no h e P Corrente C Efeito relativamente grande mas há maneiras mecânicas de evitála Corrente E Efeito extremamente sério e é difícil evitála Corrente F Efeito moderado pode ser reduzida 21 5311 Método BellDelaware Fração de cada corrente no escoamento do lado casco Fração típica das correntes Corrente Designação Turbulento Laminar Tubochicana A 923 010 Cruzada B 3065 1050 Feixecasco C 1533 3080 Chicanacasco E 621 648 Divisória passes F Não pertence ao modelo Tinker 22 5311 Método BellDelaware iii Estrutura Básica do Método Transferência de Calor e Perda de Carga do Lado Casco Sem Mudança de Fase A fração de escoamento para cada corrente no lado casco é encontrada através do conhecimento das áreas correspondentes e das resistências ao escoamento O coeficiente de transferência de calor para escoamento cruzado ideal é modificado pela presença de cada corrente por fatores de correção Cálculo do coeficiente de transferência de calor do lado casco 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝐽𝑐 𝐽𝑙 𝐽𝑏 𝐽𝑟 𝐽𝑠 51 Onde o hideal é o coeficiente de transferência de calor para a corrente de escoamento cruzado puro corrente B avaliada à um número de Reynolds ou próxima da linha central do casco o Jc é o fator de correção para o corte e o espaçamento das chicanas Para cortes de chicanas grandes Jc pode assumir valores de 052 com cortes reduzidos pode chegar a 115 23 5311 Método BellDelaware o Jl é o fator de correção para os efeitos dos vazamentos cascochicana corrente E e tubos chicana corrente A Um valor típico para Jl é 07 a 08 o Jb é o fator de correção devido ao bypass ao feixe em razão da abertura entre a extremidade do feixe e o diâmetro interno do casco correntes C e F Trocadores com espelho fixo Jl pode assumir valores de cerca de 09 Trocadores com cabeçote flutuante do tipo Pull through Jb se reduz à 07 o Jr é o fator de correção para o gradiente adverso de temperatura em escoamento laminar Esse fator se aplica somente se Re 100 Para Re 100 Jr será igual a 10 o Js é o fator de correção para o espaçamento diferenciado das chicanas o qual é maior nas seções de entrada e saída do que no centro O fator Js estará entre 085 a 10 Para um trocador de calor bem projetado o efeito combinado de todos esses fatores deve ser maior que 06 24 5311 Método BellDelaware Para o cálculo de Ps será necessário conhecerse o Pbi perda de carga em uma seção de escoamento cruzado sem vazamento ou bypass o Rl fator de correção para os efeitos dos vazamentos cascochicana e chicanatubos Valor típico Rl 04 a 05 o Pwi perda de carga em uma seção da janela sem vazamento ou bypass o Rb fator de correção devido ao bypass do feixe Valor típico Rb 05 a 08 o Rs fator de correção para o espaçamento diferente das chicanas nas seções de entrada e saída do trocador 25 5311 Método BellDelaware Cálculo da perda de carga é dividido em três partes Perda de Carga do Lado Casco 1 A região de entrada e saída 2 A região de escoamento cruzado e 3 A região das janelas 𝑃𝑠 𝑃𝑐 𝑃𝑤 𝑃𝑒 52 Portanto Pc perda de carga na região de escoamento cruzado Pw perda de carga nas janelas Pe perda de carga na região de entradasaída 26 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo i Condições Conhecidas 𝑇𝑞1 𝑇𝑞2 𝑒 𝑚 𝑞 Fluido quente 𝑇𝑓1 𝑇𝑓2 𝑒 𝑚 𝑓 Fluido frio ii Propriedades Físicas Deverão ser obtidas para os dois fluidos as propriedades ρ µ k cp iii Fatores de Deposição Deverão ser conhecidas Rdt resistência de depósito no lado tubo e Rds resistência de depósito no lado casco iv Perda de Carga Permitida Líquidos entre 10 a 25 psi Gases e vapores cerca de 2 psi 27 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Qual fluido escoará pelo lado tubo e qual escoará pelo lado casco Comprimento dos tubos que comporão o feixe de tubos do trocador Diâmetro interno e externo dos tubos Arranjo dos tubos no feixe e distância entre tubos Tipo e espaçamento de chicanas v Adoção de Alguns Parâmetros de Condições 1 Balanço de Energia 𝑞 𝑚𝑞 𝑐𝑝𝑞 𝑇𝑞1 𝑇𝑞2 𝑚𝑓 𝑐𝑝𝑓 𝑇𝑓2 𝑇𝑓1 53 2 Diferença de Temperatura no Trocador Tml 𝑇𝑚𝑙 𝐹𝑇𝑚𝑙 𝐶𝐶 54 Onde 𝑇𝑚𝑙 𝐶𝐶 𝑇1 𝑇2 ln 𝑇1 𝑇2 55 F depende dos adimensionais de temperatura P e R 𝑃 𝑡2 𝑡1 𝑇1 𝑡1 𝑅 𝑇1 𝑇2 𝑡2 𝑡1 28 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo 3 Cálculo dos Coeficientes de Transferência de Calor por Convecção para o Lado Tubo e o Lado Casco 31 Lado Tubo Descrição Equação Área de Escoamento At 𝐴𝑡 𝑁𝑡𝐴𝑡 𝑛 56 Vazão Mássica por Unidade de Área Gt 𝐺𝑡 𝑚 𝐴𝑡 57 kgsm² ou lbhft² Número de Reynolds Ret 𝑅𝑒𝑡 𝐺𝑡 𝐷𝑖 𝜇 58 Velocidade de Escoamento V 𝑉 𝐺𝑡 𝜌 59 At área de escoamento de um tubo At πDi²4 n número de passagens no tubo Di diâmetro interno do tubo 29 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo a Se o fluido for Água Sistema Inglês Sistema Internacional 𝑖 𝑐 160 175𝑇 𝑉08 Btuhft²ºF 510a 𝑐 09109 04292𝑙𝑜𝑔𝐷𝑖 511a T temperatura média da água ºF V velocidade de escoamento fts Di diâmetro interno do tubo polegadas 𝑖 150 1 0011𝑇 𝑉08 𝐷𝑖 02 512a Btuhft²ºF 𝑖 1466𝑐 216 315𝑇 𝑉08 Wm²K 510b 𝑐 02263 04292𝑙𝑜𝑔𝐷𝑖 511b T temperatura média da água ºC V velocidade de escoamento ms Di diâmetro interno do tubo m 𝑖 1055 1352 00198𝑇 𝑉08 𝐷𝑖 02 512b Wm²K Ou Fig 25 pg 656 do Kern 30 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo b Para qualquer fluido com Re 10000 𝑖𝐷𝑖 𝑘 0027 𝐷𝑖𝐺𝑡 𝜇 08 𝑐𝑝𝜇 𝑘 1 3 𝜇 𝜇𝑤 014 Ou utilizar o gráfico de Jh Re Fig 24 pg 655 do Kern 513 o Saunders apresenta a seguinte equação 𝑖𝐷𝑖 𝑘 0024 𝐷𝑖𝐺𝑡 𝜇 0805 𝑐𝑝𝜇 𝑘 0415 𝜇 𝜇𝑤 𝑎 514 Com a 18 no aquecimento a 03 no resfriamento No Regime Laminar Re 2100 𝑖𝐷𝑖 𝑘 366 515 Na Região de Transição 2100 Re 10000 𝑖𝐷𝑖 𝑘 01 𝐷𝑖𝐺𝑡 𝜇 2 3 125 𝑐𝑝𝜇 𝑘 0595 𝑒𝑥𝑝 00225 𝑙𝑛 𝑐𝑝𝜇 𝑘 2 1 𝐷𝑖 𝐿 2 3 𝜇 𝜇𝑤 014 516 Coeficiente de transferência de calor tomando por base a área externa do tubo 𝑖𝑜 𝑖𝐷𝑖 𝐷𝑒 517 31 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo 32 Lado Casco Método BellDelaware É preciso definir as características das chicanas tipo corte e espaçamento Para o espaçamento das chicanas Ls o TEMA Tubular Exchanger Manufacturers Association define Espaçamento Mínimo chicanas segmentares normalmente não devem ter espaçamento menor que 15 do diâmetro interno do casco ou 2 polegadas aquele que for menor Espaçamento Máximo as placas de suporte dos tubos serão espaçadas de modo que o comprimento de tubo não suportado não exceda o valor indicado na Tab 32 Araújo 2014 para o material do tubo usado 32 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo O TEMA define normalmente as chicanas serão uniformemente espaçadas ocupando o efetivo comprimento do tubo Espelho Efetivo Comp Comp Nominal Comprimento máximo não suportado corresponde ao dobro do espaçamento das chicanas 33 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Cálculo do Coeficiente de Transferência de Calor do Lado Casco hs 𝑠 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝐽𝑐 𝐽𝑙 𝐽𝑏 𝐽𝑟 𝐽𝑠 518 I Cálculo do Coeficiente de Transferência de Calor do Lado Casco para um Feixe de Tubos Ideal hideal 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 𝐽𝑖𝑐𝑝 𝑚 𝑆𝑚 𝑘 𝑐𝑝𝜇 2 3 𝜇 𝜇𝑤 014 519 Onde k cp e µ condutividade térmica calor específico e viscosidade do fluido respectivamente 𝑚 e µw vazão mássica do fluido do lado casco e viscosidade do fluido avaliada na temperatura da parede respectivamente Sm área da seção de escoamento cruzado na ou próxima à linha de centro 34 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fator de correção e parâmetros da Eq 519 Fator de Correção e Parâmetros Equações para o parâmetros do fator de correção 𝐽𝑖 𝑎1 133 𝑝 𝐷𝑒 𝑎 𝑅𝑒𝑠 𝑎2 520 𝑎 𝑎3 1 014 𝑅𝑒𝑠 𝑎4 521 Ou Fig A71 Araújo 2014 a1 a2 a3 e a4 Tab 33 Araújo 2014 o Reynolds do lado casco Res 𝑅𝑒𝑠 𝐷𝑒𝑚 𝜇𝑆𝑚 522 𝑆𝑚 𝐿𝑠 𝐷𝑠 𝐷𝑜𝑡𝑙 𝐷𝑜𝑡𝑙 𝐷𝑒 𝑝𝑛 𝑝 𝐷𝑒 523 o Sm para arranjos quadrados em linha ou rodados o Sm para triangulares 30 ou 60º 𝑆𝑚 𝐿𝑠 𝐷𝑠 𝐷𝑜𝑡𝑙 𝐷𝑜𝑡𝑙 𝐷𝑒 𝑝 𝑝 𝐷𝑒 524 o Espaçamento entre as chicanas Ls o Passo ou pitch p o Passo do tubos normal ao escoamento pn Tab 34 Araújo 2014 o Diâmetro interno do casco Ds o Diâmetro do feixe de tubos Dotl Tab A11 Araújo 2014 35 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo II Fator de Correção para os Efeitos da Configuração da Chicana Jc Fator de Correção Equações para o parâmetros do fator de correção 𝐽𝑐 𝐹𝑐 054 1 𝐹𝑐 0345 525 o Fração do número total de tubos em uma seção de escoamento cruzado Fc 𝐹𝑐 1 𝜋 𝜋 2 𝐷𝑠 2𝐿𝑐 𝐷𝑜𝑡𝑙 𝑠𝑒𝑛 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 𝐷𝑠 2𝐿𝑐 𝐷𝑜𝑡𝑙 2𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 𝐷𝑠 2𝐿𝑐 𝐷𝑜𝑡𝑙 526 o Corte da chicana Lc Ou Fig A73 Araújo 2014 36 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fator de Correção Equações para o parâmetros do fator de correção III Fator de Correção para os Efeitos dos Vazamentos na Chicana Jl 𝐽𝑙 𝛼 1 𝛼 𝑒𝑥𝑝 22 𝑆𝑡𝑏 𝑆𝑠𝑏 𝑆𝑚 527 𝛼 044 1 𝑆𝑠𝑏 𝑆𝑠𝑏 𝑆𝑡𝑏 528 o Área da seção de vazamento tubochicana Stb 𝑆𝑡𝑏 𝜋𝐷𝑒𝛿𝑡𝑏𝑁𝑡 𝐹𝑐 1 4 529 𝛿𝑡𝑏 a folga diametral tubochicana TEMA classe R assume 𝛿𝑡𝑏 132 polegadas o Área da seção de vazamento cascochicana Ssb 𝑆𝑠𝑏 𝐷𝑠𝛿𝑠𝑏 2 𝜋 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 1 2𝐿𝑠 𝐷𝑠 530 𝛿𝑠𝑏 a folga diametral cascochicana especificada pelo TEMA Tab 35 Araújo 2014 ou Fig A74 Araújo 2014 Jl também pode ser obtido pela Fig A75 Araújo 2014 37 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fator de Correção Equações para o parâmetros do fator de correção IV Fator de Correção para os Efeitos de Contorno bypass do Feixe Jb 𝐽𝑏 𝑒𝑥𝑝 𝐶𝑏𝐹𝑏𝑝 1 2 𝑁𝑠𝑠 𝑁𝑐 1 3 o Nº de fileiras de tubos cruzados em uma seção de escoamento cruzado Nc 531 Cbh 135 se Res 100 Cbh 125 se Res 100 532 533 𝑁𝑐 𝐷𝑠 1 2 𝐿𝑐 𝐷𝑠 𝑝𝑝 534 o Fração da área da seção do escoamento cruzado em que pode ocorrer a corrente C Fbp 𝐹𝑏𝑝 𝐷𝑠 𝐷𝑜𝑡𝑙 𝐿𝑠 𝑆𝑚 535 o Nº de pares de tiras selantes Nss São empregadas quando 𝐷𝑠 𝐷𝑜𝑡𝑙 15 polegadas ou 𝐷𝑠 𝐷𝑜𝑡𝑙 𝐿𝑠 05 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑔𝑎𝑑𝑎 𝑜𝑢 𝑆𝑏𝑝 𝑆𝑚 𝑆𝑏𝑝 01 Jb também pode ser obtido pela Fig A76 Araújo 2014 38 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Para Res 100 V Fator de Correção para o Gradiente Adverso de Temperatura Jr 𝐽𝑟 1 536 Para Res 20 𝐽𝑟 𝐽𝑟 151 𝑁𝑐 018 537 Ou utiliza a Fig A77a Araújo 2014 Ou utiliza a Fig A77b Araújo 2014 conhecendose Jr e Res Para 20 Res 100 𝐽𝑟 𝐽𝑟 20 𝑅𝑒𝑠 80 𝐽𝑟 1 538 39 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo VI Fator de Correção Devido ao Espaçamento Desigual das Chicanas na Entrada e na Saída Js 𝐿𝑠𝑖 𝐿𝑖 𝐷𝑏𝑜𝑐𝑎𝑙 𝑖 539 𝐿𝑠𝑜 𝐿𝑜 𝐷𝑏𝑜𝑐𝑎𝑙 𝑜 540 Dbocali e Dbocalo são os diâmetros dos bocais de entrada e de saída do lado casco Tab 36 Araújo 2014 Lsi e Lso são os espaçamentos das chicanas de entrada e de saída respectivamente Li e Lo podem ser obtidos da Tab 37 Araújo 2014 40 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fator de Correção Equações para o parâmetros do fator de correção o n 06 para Res 100 e n 13 para Res 100 𝐽𝑠 𝑁𝑏 1 𝐿𝑠𝑖 1𝑛 𝐿𝑠𝑜 1𝑛 𝑁𝑏 1 𝐿𝑠𝑖 𝐿𝑠𝑜 541 o Nº de chicanas Nb 𝐿𝑠𝑖 𝐿𝑠𝑜 𝐿𝑠𝑖 𝐿𝑠 𝐿𝑠𝑜 𝐿𝑠 542 𝑁𝑏 𝐿 𝐿𝑠𝑖 𝐿𝑠𝑜 𝐿𝑠 1 543 o Comprimento dos tubos L Js também pode ser obtido pela Fig A78 Araújo 2014 É possível agora calcular hs pela Eq 518 41 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Se o Fluido Frio está no Interior do tubo 𝑇𝑤 𝑇𝑓 𝑠 𝑖𝑜 𝑠 𝑇𝑞 𝑇𝑓 544 Se o Fluido Quente está no Interior do tubo 𝑇𝑤 𝑇𝑓 𝑠 𝑖𝑜 𝑠 𝑇𝑞 𝑇𝑓 545 o Tq e Tf as temperaturas médias do fluido quente e do fluido frio respectivamente Com o valor de Tw avalie a viscosidade dos dois fluidos nessa temperatura e calcule os termos µµw014 para os fluidos do casco e do tubo se a equação hi tiver esse termo 4 Cálculo da Temperatura da Parede Tw 42 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo 5 Cálculo o Coeficiente Global Fator de Incrustação e Excesso de Área de Troca Cálculo do Coeficiente Global limpo ou de polimento Uc 𝑈𝑐 𝑖𝑜𝑠 𝑖𝑜 𝑠 546 Cálculo do Coeficiente de Projeto para a Superfície Incrustada Ud 1 𝑈𝑑 1 𝑖𝑜 1 𝑜 𝑅𝑑𝑖 𝑅𝑑𝑜 1 𝑈𝑐 𝑅𝑑𝑖 𝑅𝑑𝑜 547 Cálculo do Fator de Incrustação e Excesso de Área de Troca 𝑅𝑑 𝑈𝑐 𝑈𝑑 𝑈𝑐𝑈𝑑 548 o Fator de Incrustação Calculado Rd 𝐸𝐴 𝐴𝑝𝑟𝑜𝑗𝑒𝑡𝑜 𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠 á𝑟𝑖𝑎 𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠 á𝑟𝑖𝑎 100 549 o Excesso de Área de Troca EA 43 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Ludwing recomenda que EA esteja entre 10 a 20 para que o trocador seja aceitável termicamente 𝐴𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑠 á𝑟𝑖𝑎 𝑞 𝑈𝑑𝑇𝑚𝑙 550 Com Ud sendo 𝑈𝑑 1 𝑈𝑐 𝑅𝑑𝑡 𝑅𝑑𝑠 551 44 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo 6 Cálculo da Perda de Carga no Lado Tubo 𝑃𝑇 𝑃𝑡 𝑃𝑟 552 Perda de Carga em Razão do Escoamento nos Tubos Pt 𝑃𝑡 4𝑓𝐺𝑡 2𝐿𝑛 𝐷𝑖2𝜌𝑡 553 Onde f é o fator de atrito de Fanning ρ é a densidade do fluido e ϕt é o termo µµw014 para o fluido do lado tubo o Cálculo de f é o fator de atrito de Fanning 𝑓 158𝑙𝑛 𝑅𝑒𝑡 328 2 554 Perda de Carga de Retorno Pr 𝑃𝑟 4𝑛𝜌𝑉2 2 555 45 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo 7 Cálculo da Perda de Carga no Lado Casco 𝑃𝑠 𝑃𝑐 𝑃𝑤 𝑃𝑒 556 I Perda de Carga na Seção de Escoamento Cruzado Pc Perda de Carga Equações para o parâmetros da perda de carga o Perda de carga para uma seção ideal de fluxo cruzado 𝑃𝑐 𝑃𝑏𝑖 𝑁𝑏 1 𝑅𝑏𝑅𝑙 557 𝑃𝑏𝑖 4𝑓𝑖𝑚 2𝑁𝑐 2𝜌𝑆𝑚 2 𝜇 𝜇𝑤 014 558 o Fator de atrito para um feixe de tubos ideal 𝑓𝑖 𝑏1 133 𝑝 𝐷𝑒 𝑏 𝑅𝑒𝑠 𝑏2 559 Ou Fig A79a ou b Araújo 2014 𝑏 𝑏3 1 014 𝑅𝑒𝑠 𝑏4 560 b1 b2 b3 e b4 Tab 38 Araújo 2014 46 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Perda de Carga Equações para o parâmetros da perda de carga o Fator de correção para o efeito de vazamentos na chicana 𝑃𝑐 𝑃𝑏𝑖 𝑁𝑏 1 𝑅𝑏𝑅𝑙 557 𝑅𝑙 𝑒𝑥𝑝 133 1 𝑆𝑠𝑏 𝑆𝑡𝑏 𝑆𝑠𝑏 𝑆𝑡𝑏 𝑆𝑠𝑏 𝑆𝑚 𝑚 561 o Fator de correção para o efeito do contorno do feixe 𝑅𝑏 𝑒𝑥𝑝 𝐶𝑏𝑝𝐹𝑏𝑝 1 2𝑁𝑠𝑠 𝑁𝑐 1 3 563 Ou Fig A710 Araújo 2014 𝑚 015 1 𝑆𝑠𝑏 𝑆𝑡𝑏 𝑆𝑠𝑏 08 562 Cbp 45 para Res 100 Cbp 37 para Res 100 564 565 Rb também pode ser obtido da Fig A711 Araújo 2014 I Perda de Carga na Seção de Escoamento Cruzado Pc 47 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo II Perda de Carga nas Janelas Pw Perda de Carga Equações para o parâmetros da perda de carga o Perda de carga de uma janela ideal sem vazamentos e desvios 𝑃𝑤 𝑁𝑏𝑃𝑤𝑖𝑅𝑙 566 𝑃𝑤𝑖 𝑚 2 2 06𝑁𝑐𝑤 2𝑆𝑚𝑆𝑤𝜌 567 o Nº de fileiras de tubos efetivamente cruzadas em cada janela 𝑁𝑐𝑤 08𝐿𝑐 𝑝𝑝 568 o Área da seção de escoamento da janela 𝑆𝑤 𝑆𝑤𝑔 𝑆𝑤𝑡 569 o Área total da janela 𝑆𝑤𝑔 𝐷𝑠 2 4 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 1 2 𝐿𝑐 𝐷𝑠 1 2 𝐿𝑐 𝐷𝑠 1 1 2 𝐿𝑐 𝐷𝑠 2 570 Swg também pode ser obtido da Fig A712 Araújo 2014 48 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo II Perda de Carga nas Janelas Pw Perda de Carga Equações para o parâmetros da perda de carga 𝑃𝑤 𝑁𝑏𝑃𝑤𝑖𝑅𝑙 566 o Área da seção de escoamento da janela 𝑆𝑤 𝑆𝑤𝑔 𝑆𝑤𝑡 569 o Área ocupada pelos tubos na janela 𝑆𝑤𝑡 𝑁𝑡 8 1 𝐹𝑐 𝜋𝐷𝑖 2 571 o Para Res 100 𝑃𝑤𝑖 26𝜇𝑚 𝑆𝑚𝑆𝑤𝜌 𝑁𝑐𝑤 𝑝 𝐷𝑒 𝐿𝑠 𝐷𝑤 2 2𝑚 2 2𝑆𝑚𝑆𝑤𝜌 572 o Diâmetro equivalente da janela 𝐷𝑤 4𝑆𝑤 𝜋 2 𝑁𝑡 1 𝐹𝑐 𝐷𝑒 𝜃𝑏 573 o Ângulo de corte da chicana 𝜃𝑏 2𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 1 2 𝐿𝑠 𝐷𝑠 574 49 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo II Perda de Carga nas Regiões de Entrada e de Saída do Casco Pe Perda de Carga Equações para o parâmetros da perda de carga 𝑃𝑒 2𝑃𝑏𝑖 1 𝑁𝑐𝑤 𝑁𝑐 𝑅𝑏𝑅𝑠 o Fator de correção em razão do espaçamento desigual das chicanas 576 575 𝑅𝑠 1 2 𝐿𝑠𝑖 𝑛2 𝐿𝑠𝑜 𝑛2 o n 1 para Res 100 o n 02 para Res 100 577 578 No projeto procure utilizar toda a perda de carga permitida 50 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo 8 Cálculo da Perda de Carga no Lado Casco Analisar a parte Térmica Rd calculado ou o excesso de área de troca e a parte Hidráulica valores das perdas de carga para os dois fluidos comparar as perdas de carga admissíveis Concluir se o projeto está adequado ou necessita ser modificado O objetivo é sempre obter o menor trocador que realize o serviço utilizando toda a perda de carga permitida 51 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 52 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 53 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 54 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 55 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 56 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 57 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 58 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 59 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 60 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 61 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 62 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 63 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 64 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 65 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 66 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 67 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 68 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 69 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 70 532 Sequência e Detalhamento das Etapas do Projeto de um Trocador de Calor Casco e Tubo Fonte Araújo 2014 SHAH R K e SEKULIC D P Fundamentals of Heat Exchanger Design John Wiley and Sons 2003 ARAUJO E C C A Trocadores de Calor São Carlos EdUFSCAR 2012 Referências Bibliográficas