CAPTULO 4CAPTULO 4

PROJETO TPROJETO TRMICO DE RMICO DE TROCADORES DE CALOR TIPO TROCADORES DE CALOR TIPO

DUPLO TUBODUPLO TUBO

Metodologia de projeto

Descrio dos trocadores

Tabela 4.1- Conexes de um trocador de calor duplo tubo(em polegadas)

Tubo externo, IPS Tubo interno, IPS

2 1

2 1

3 2

4 3

Comprimentos

COEFICIENTES DE PELCOEFICIENTES DE PELCULA CULA PARA FLUIDOS EM TUBOSPARA FLUIDOS EM TUBOS

( )( )14,0

31

86,1

=pL

DrPeRNu

14,031

86,1

=p

pi

LD

kCVD

kDh

10>LDrPeR d

Escoamento laminar

14,0

318,0027,0

=

p

rPeRNu

Escoamento turbulento

COEFICIENTES DE PELCOEFICIENTES DE PELCULA PARA CULA PARA FLUIDOS QUE ESCOAM EM ANFLUIDOS QUE ESCOAM EM ANISIS

PADH

4=

Transferncia de calor

( )1

21

22

1

21

22

4444

DDD

DDD

molhadopermetroescoamentoderea

PADH

====

Perda de carga ( )( ) 1212

21

22'

4444 DD

DDDD

atritodemolhadopermetroescoamentoderea

PADH =+

===

QUEDA DE PRESSQUEDA DE PRESSO EM TUBOS O EM TUBOS E SEE SEES ANULARESES ANULARES

8,0Vhi 2Vp

2

42V

DLfp =

para escoamento laminar

eRf 16=

para escoamento turbulento em tubos lisos:

32,0

125,00014,0eR

f +=

para escoamento turbulento em tubos rugosos:

42,0

264,00035,0eR

f +=

Perda de carga localizada

2

2Vp =

EXEMPLO: PROJETO TRMICO DE UM TROCADOR DE CALOR DUPLO TUBO

Desejamos aquecer 4 454 kg/h de benzeno frio de 27 C a 49 C, usando-se tolueno quente que resfriado de 71 C a 38 C. As densidades relativas a 20 C so 0,88 e 0,87, respectivamente. As outras propriedades dos fluidos podem ser encontradas na bibliografia especializada ou determinadas experimentalmente. Um fator de incrustao de 0,0002 pode ser admitido para cada corrente, e a queda de presso permitida para cada corrente de 0,7 bar. Projetar um trocador de calo duplo tubo para esta operao.

o27 C

o49 C

71 Co

o38 C

1) Condies do processo necessrias:

Fluido quente: Tolueno

=qm& ?. p = 0,7 bar. Rd = W

Cm o20002,0T1 = 71 C. T2 = 38 C.

Fluido frio: Benzeno

p = 0,7 bar. Rd = W

Cm o20002,04 454 kg h=fm&t1 = 27 C. t2 = 49 C.

2) Temperaturas mdias:

CTTT 021 5,542

38712

=+=+=

Cttt o382

49272

21 =+=+=

3) Propriedades fsicas:

CkgkJ

o. CkgkJ

o.

smkg

. smkg

.

CmW

o. CmW

o.

Tolueno Benzeno

Cp = 1,842 Cp = 1,779

s = 0,87 s = 0,88

= 4,1 x 10-4 = = 5 x 10-4

k = 0,147 k =0,157

4) Seleo dos tubos:

Utilizaremos tubo IPS 2 x 1 , com 6 metros de comprimento.

5) Balano de calor:

( ) ( ) kWCCkgkJhkgttCm oopff 42,482749.779,1.454412 === &benzeno Q

tolueno

( ) ( ) hkg

skg

CCkgkJ

kWTTC

Qmo

opqq 2868797,0

3871.842,142,48

12

====&

6) MLDT:

( ) ( ) ( ) ( ) CtTtT

tTtTMLDT o87,15

27384971ln

27384971

ln12

21

1221 =

=

=

Para o tubo interno: Benzeno

7) rea de escoamento:2

2

00096,04035,0 mat == mmDi 35"38,1 ==

8) Velocidade do escoamento:

sm

amV

tt 46,100096,0.1000.88,0

3600/4454.

=== &

93689105

035,0.46,1.1000.88,04 ===

DVeR t9) Reynolds:

10) Prandtl:67,5

157,01779.105 4 ===

kC

rP p

11) Nusselt:

Escolher a equao adequada de acordo com o tipo de escoamento. Na primeira iterao considerar ,

CtTT op 25,462385,54

2=+=+=

correspondendo a p = 1,8 smkg .

3,4428,1

779,1.67,5.89936.027,0027,014,0

318,0

14,0

318,0 =

=

=

p

rPeRNu

12) Coeficiente de transferncia de calor por conveco:

CmW

DkNuh oi .1984035,0

157,03,442 2===

Para o anel: Tolueno

13) rea de escoamento: mmmD 04216,016,42"66,11 ===mmmD 0525,05,52"067,22 ===

( ) ( ) 2222122 000769,04

04216,00525,04

mDDaa ===

14) Dimetro equivalente:

mD

DDmolhadopermetro

escoamentodereaDH 0232,004216,004216,00525,04 22

1

21

22 ====

sm

am

aa 191,1000769,0.1000.87,0

797,0.

=== &15) Velocidade do escoamento: V

16) Reynolds:58632

101,40232,0.191,1.1000.87,0

4 === Ha DVeR

17) Prandtl:14,5

147,01842.101,4 4 ===

kC

rP p

18) Nusselt:

Escolher a equao adequada de acordo com o tipo de escoamento. Na primeira iterao considerar , CtTT op 25,462

385,542

=+=+=correspondendo a p = 1,8 smkg .

3048,1

842,1.14,5.58632.027,0027,014,0

318,0

14,0

318,0 =

=

=

p

rPeRNu

19) Coeficiente de transferncia de calor por conveco:

CmW

DkNuh o

He .2,19260232,0

147,0304 2===

20) Temperatura da parede:

( ) ( ) ( ) CtThh

htt occoio

ocw 89,46385,54

2,192604216,0

035,0.19842,192638 =

++=++=

O valor arbitrado inicialmente 46,25C no apresenta diferena significativa, portanto os coeficientes de transferncia de calor por conveco calculados esto corretos

Clculo da rea:21) Coeficiente global de troca trmica:

ee

iee

i

ie

ii

ee

hRd

krrd

dRdd

hddU 1

2)ln(

1

++++=

CmWU

U

oe

e

.3,609

2,192610002,0

53.2)035,0/04216,0ln(04216,0

035,00002,0.04216,0

1984.035,004216,0

1

2=++++

=

2587,15.3,609

42048 mMLDTUQ ===22) rea total de troca trmica: A

23) Nmero de tubos:3,6

6.04216,0.5 === LD

ANe

t

O nmero de tubos deve ser inteiro, usaremos 6 tubos

2' 768,46.6.04216,0.... mNLDA te === O trocador satisfatrio quanto transferncia de calor

Clculo da perda de carga:

Para o tubo interno:

25) Fator de atritoDe acordo com o nmero de Reynolds, calculado em (9),determina-se o fator de atrito por:

0057,089936

264,00035,0264,00035,0 42,042,0 =+=+= eRf

26) Perda de carga no tubo

barbarVDLfpt 7,022,010.1000.88,02

46,1035,0360057,0.4

24 5

22

Para o anel:

27) Dimetro equivalente:

mDDatritodemolhadopermetro

escoamentodereaDH 0103,004216,00525,04

12' ====

28) Reynolds para perda de carga no anel

26030101,4

0103,0.191,1.1000.87,04

'

=== Ha DVeR

29) Fator de atrito

0071,026030

254,00035,0264,00035,0 42,042,0' =+=+= eRf

30) Perda de carga no anel

barVDLfp

Ha 62,010.1000.87,02

191,10103,036.0071,0.4

24 5

22

' ===

31) Perda na entrada e na sada

Uma carga cintica para cada grampo

barVpg 0038,010.1000.87,02191,1

25

22

===

32) Perda total

barbarNppp ggaaneltotal 7,063,00038,0.362,0