CAPÍTULO 4 PROJETO TÉRMICO T TROCADORES DE CALOR TIPO DUPLO TUBO

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1 APÍTULO 4 PROJETO TÉRMIO T E TROAORES E ALOR TIPO UPLO TUBO

2 Metdlgia de prjet escriçã ds trcadres

3 Tabela 4.- nexões de um trcadr de calr dupl tub (em plegadas) Tub extern, IPS Tub intern, IPS ¼ ½ ¼ mpriments

4 OEFIIENTES E PELÍULA PARA FLUIOS EM TUBOS Nu,86 ( Re)( Pr) L Escament laminar 3 µ µ p 0,4 hi k Re d Pr ρv µ,86 µ k p L >0 L 3 µ µ p 0,4 Nu 0,07Re Escament turbulent 0,8 Pr 3 µ µ p 0,4

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6 OEFIIENTES E PELÍULA PARA FLUIOS QUE ESOAM EM ANÉIS 4 A H P H ' H Transferência de calr 4 A 4 área de escament P perímetr mlhad Perda de carga 4π 4 A 4 área de escament P perímetr mlhad de atrit ( ) 4π 4π 4π ( ) ( + )

7 QUEA E PRESSÃO O EM TUBOS E SEÇÕ ÇÕES ANULARES p α V h i α V 0,8 p 4 f L V ρ

8 para escament laminar f 6 Re para escament turbulent em tubs liss: f 0, ,5 0,3 Re para escament turbulent em tubs rugss: f 0, ,64 0,4 Re

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10 Perda de carga lcalizada V p ρ

11 EXEMPLO: PROJETO TÉRMIO E UM TROAOR E ALOR UPLO TUBO esejams aquecer kg/h de benzen fri de 7 a 49, usand-se tluen quente que é resfriad de 7 a 38. As densidades relativas a 0 sã 0,88 e 0,87, respectivamente. As utras prpriedades ds fluids pdem ser encntradas na bibligrafia especializada u determinadas experimentalmente. Um fatr de incrustaçã de 0,000 pde ser admitid para cada crrente, e a queda de pressã permitida para cada crrente é de 0,7 bar. Prjetar um trcadr de cal dupl tub para esta peraçã

12 ) ndições d prcess necessárias: Fluid quente: Tluen T 7. T 38. Fluid fri: Benzen t 7. t 49. m&?. p 0,7 bar. Rd m& f q kg h 0,000 p 0,7 bar. Rd 0,000 m W m W ) Temperaturas médias: T T + T , 5 0 t t + t

13 3) Prpriedades físicas: Tluen Benzen p,84 kj kj p,779 kg. kg. s 0,87 s 0,88 µ 4, x 0-4 kg µ 5 x 0-4 kg m. s m. s k 0,47 W k 0,57 m. W m. 4) Seleçã ds tubs: Utilizarems tub IPS x ¼, cm 6 metrs de cmpriment.

14 5) Balanç de calr: benzen Q m& kg f pf 4 h kg. ( ) kj t t ,779 ( 49 7) 48, kw tluen Q 48,4 kw m& 0,797 kg kg q pq, kg. ( ) kj T T ( ) s h 6) MLT: MLT ( T t ) ( T t ) ( 7 49) ( 38 7) T ln T t t 7 49 ln ,87

15 Para tub intern: Benzen 7) Área de escament: i,38" 35 mm 0,035 a t π 4 0,00096 m 8) Velcidade d escament: m& 4454 /3600 V, t. a 0, , ρ t m s 9) Reynlds: Re ρv µ 0, ,46.0, t ) Prandtl: Pr µ k p ,57 5,67

16 ) Nusselt: Esclher a equaçã adequada de acrd cm tip de escament. Na primeira iteraçã cnsiderar, T + t 54, Tp 46, 5 crrespndend a µ p,8 kg m. s Nu 0,07Re 0,8 Pr 3 µ µ p 0,4 0, ,8.5,67 3,779.,8 ) eficiente de transferência de calr pr cnvecçã: 0,4 44,3 k 0,57 h Nu W i 44, ,035 m.

17 Para anel: Tluen 3) Área de escament:,66" 4,6mm 0, 046m,067" 5,5mm 0, 055m ( ) π ( 0,055 0,046 ) π a a 4 4 4) iâmetr equivalente: 0, área de escament 0,055 0,046 H 0, 03 m perímetr mlhad 0,046 5) Velcidade d escament: m& 0,797 V, m a. a 0, , ρ s a m 6) Reynlds: Re ρ V a µ 0, ,9.0,03 4, 0 H

18 7) Prandtl: Pr µ k p 4 4, ,47 5,4 8) Nusselt: Esclher a equaçã adequada de acrd cm tip de escament. Na primeira iteraçã cnsiderar, T + t 54, Tp 46, 5 kg crrespndend a µ p,8 m. s Nu 0,07Re 0,8 Pr 3 µ µ p 0,4 0, ,8.5,4 3,84.,8 9) eficiente de transferência de calr pr cnvecçã: 0,4 304 k 0,47 h Nu ,W e 0,03 m. H

19 0) Temperatura da parede: ( 96,) h tw tc + ( Tc tc ) hi + h 984.0, , 0,046 ( 54,5 38) 46, O valr arbitrad inicialmente 46,5 nã apresenta diferença significativa, prtant s ceficientes de transferência de calr pr cnvecçã calculads estã crrets álcul da área: ) eficiente glbal de trca térmica: U e de d h i i + d e Rd d i i + d e ln( r k e r i ) + Rd e + h e U e 0,046 0, U e + W 609,3 m. 0,046.0,000 0, ,046ln(0,046 / 0,035) , ,

20 ) Área ttal de trca térmica: A U Q MLT ,3.5,87 5 m 3) Númer de tubs: N t π A e L 5 π.0, ,3 O númer de tubs deve ser inteir, usarems 6 tubs A ' π.. L. N π.0, ,768 m e t ' A A 4,768 5 Err % ,63% < 5% A 5 4) Númer de gramps: O trcadr é satisfatóri quant à transferência de calr N g N t 6 3

21 álcul da perda de carga: 5) Fatr de atrit Para tub intern: e acrd cm númer de Reynlds, calculad em (9), determina-se fatr de atrit pr: f 0 0,64 0,64, ,0035 +,4 0, Re ,0057 6) Perda de carga n tub L V 36,46 5 p t 4 f ρ 4.0,0057 0, ,bar < 0, 7bar 0,035

22 Para anel: 7) iâmetr equivalente: ' 4 área de escament H 0,055 0,046 0, 003m perímetr mlhad de atrit 8) Reynlds para perda de carga n anel ρv a Re µ 9) Fatr de atrit f 0, ,9.0, , 0 ' H 0,64 0,54 0, , ,4 0, 4 Re ) Perda de carga n anel ' ,007 L V 36,9 5 pa 4 f ρ 4.0,007. 0, , 6bar ' 0,003 H

23 3) Perda na entrada e na saída Uma carga cinética para cada gramp V,9 5 p g ρ 0, , 0038bar 3) Perda ttal pttal anel pa + pg N g 0, ,0038 0,63bar < 0, 7bar Se as cndições estabelecidas inicialmente nã frem atendidas, retrnar a pnt 4 e arbitrar utrs diâmetrs e/u cmpriment para s tubs