ROTEIRO DE CÁLCULO. Este roteiro de cálculo se aplica ao projeto de trocadores de calor casco e tubos, sem mudança de fase

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1 ROEIRO DE CÁLCULO Ese roeiro de cálculo se aplica ao projeo de rocadores de calor casco e ubos, sem mudança de fase

2 . Deerminar qual fluido passa pelo ubo e qual passa pelo casco. Diferença de emperauras a. Expliciar as emperauras de enrada e de saída dos fluidos quene e frio b. Calcular MLD c. Calcular F d. Verificar se há necessidade de cascos em série e. Deerminar m

3 ( ) ( ) ln f q f q f q f q MLD m UA q P ( ) ( ) casco lado do p lado do ubo p mc mc R & & MLD m F

4 3. emperaura média dos fluidos a. Para os ubos b. Para o casco + 4. Propriedades médias dos fluidos + c c a. Calcular a massa específica ρ, a viscosidade µ, o calor específico Cp e a conduividade érmica k do fluido dos ubos na emperaura b. Calcular a massa específica ρ c, a viscosidade µ c, o calor específico Cp c e a conduividade érmica k c do fluido do casco na emperaura c c

5 5. Descargas aravés dos ubos e do casco (vazão em massa) 6. Faores de incrusação a. Deerminar o faor de incrusação denro dos ubos R di b. Deerminar o faor de incrusação fora dos ubos R de 7. Caracerísicas do projeo mecânico a. Deerminar os bocais de enrada e saída do lado dos ubos e do casco b. Deerminar a emperaura e pressão de operação para os ubos e para o casco

6 8. Cálculo do número de ubos no rocador a. Admiir um valor esimado para U b. Calcular a área de roca de calor c. Calcular a área de roca por casco d. Escolher o comprimeno dos ubos L, os diâmeros (di e de), a disposição e a disância enre cenros A U Q m (b) n π d e A c ( ' L e) A c ( d) A N c (c)

7 9. Coeficienes de película denro dos ubos a. Admiir o número de rajeos nos ubos N b. Calcular o número de ubos por rajeo c. Calcular a velocidade média do fluido escoando denro dos ubos d. Calcular o número de Reynolds para o escoameno nos ubos Re e. Deerminar o regime de escoameno: laminar, ransiório ou urbuleno f. Escolher a expressão apropriada para o coeficiene de ransferência de calor V n ρ n N m& n S ρv d µ i i

8 A expressão para hi é geralmene função do número de Prandl µ Cp Pr k OBS: Admiir se necessário, e conforme a expressão uilizada, que a correção para o escoameno não isoérmico é igual a na primeira ieração, aé que a emperaura da parede do ubo seja esimada

9 0. Perda de carga do escoameno aravés dos ubos a. Perda de carga nos bocais Calcular V b Calcular p nos bocais b. Perda de carga na conração, expansão e reorno no cabeçoe Deerminar τ c, Kc e calcular p conrações Deerminar τ e, Ke e calcular p expansão Ou alernaivamene calcular p para conração, expansão e reorno para ubos reos ou ubos em U c. Perda de carga por ario nos ubos

10 c. Perda de carga por ario nos ubos Calcular o coeficiene de ario isoérmico Esimar a emperaura na superfície inerna dos ubos d ( ) e i + U Rdi + c h i di Calcular o faor de correção para escoameno não isoérmico 0,4 µ i α µ Calcular o coeficiene de ario não isoérmico ' f α Calcular a perda de carga por ario nos ubos p f L d i f ρv N

11 d. Calcular a perda de carga oal para o fluido escoando nos ubos, de bocal a bocal p N c ( p + p + p ) bocais conr, exp, reor f e. Para levar em cona o efeio dos depósios na perda de carga a abela a seguir fornece valores de correção Se a perda de carga for muio ala ou muio baixa mudar o número de rajeos nos ubos e repeir os cálculos aé que p seja saisfaória

12 De BWG Maerial (pol) aço Liga não ferrosa ¾ 8,8,4 6,34,7 4,4,0,53,6 6,4,0 4,8,,35,5 0,43,9 ¼ 4,8, 0,5 8,3

13 . Diâmero inerno do casco a. Número de ubos na fileira cenral do feixe Disposição riangular dos ubos Disposição quadrangular dos ubos b. Diâmero do feixe de ubos D ( n ) s de f c + n c,0 n n c,9 n ( ) c. Diâmero inerno do casco (conforme abela) D, 075 i D f ( ) Observar que, segundo as relações geoméricas admiidas por inker:

14 50,83 50,0 5,50 53,4 54,00 47,93 47,0 49,50 50,7 5,00 45,04 44,0 46,50 47,30 48,00 39,4 38,5 40,50 4,34 4,00 36,5 35,30 37,50 38,37 39,00 3,33 3,30 33,50 34,40 35,00 8,45 7,40 9,50 30,43 3,00 4,56 3,40 5,50 6,46 7,00 0,66 9,40,50,50 3,00 8,96 7,65 9,75 0,75,5 7,00 5,65 7,75 8,78 9,5 5,06 3,65 5,75 6,79 7,5 3,,65 3,75 4,8 5,3,30 9,78,88,95 3,38 0,04 8,49 0,59,67,09 8,0 6,4 8,5 9,6 0,0 Anel biparido Espelho fluuane removível pelo carreel Espelho fluuane com gaxea Espelho fixo/ubo U Df (pol) Di (pol)

15 . Admiir um valor para a disância enre chicanas adjacenes 3. Core da chicana H/Di Em função de Di/l ober o core da chicana H/D 4. Número de chicanas N B a. Calcular o comprimeno mínimo de ubo enre o espelho e a chicana de enrada Calcular o faor l f Calcular o comprimeno mínimo de ubo l mín b. Calcular o comprimeno mínimo de ubo enre o espelho e a chicana de saída Calcular o faor l f Calcular o comprimeno mínimo de ubo l mín l l mín l lmín

16 c. Calcular o número de chicanas Se N B não for ineiro deve-se ajusar os valores de l, l e/ou l para que iso aconeça. Observar a limiação relaiva ao comprimeno máximo não suporado de ubo N B L l l l Para dois rajeos no casco + L l l N B

17 5. Perda de carga no casco a. Fluxo de massa Gcf Deerminar Np nas abelas de inker Calcular Fp Calcular Sc Calcular Scf e Gcf b. Número de Reynolds para o cálculo da perda de carga no casco c. Coeficiene de ario para o escoameno no casco fc d. Deerminar Cx e. Deerminar Y

18 f. Deerminar e g. Calcular Pc h. Perda de carga nos bocais do casco a. Calcular Vbc b. Ober Z do gráfico c. Calcular P bocal d. O procedimeno deve ser aplicado aos bocais de enrada e saída Pb e Pb i. Perda de carga oal no escoameno aravés do casco p ( ) c( oal) pc + pb + pb Nc Não é necessário correção devido a formação de depósio. Se p for razoável prossegue o cálculo, se for muio alo ou baixo, reorna ao passo

19 6. Coeficiene de película para o escoameno no casco a. Calcular fluxo de massa Gch Deerminar Nh nas abelas de inker Calcular Fh Deerminar M nas abelas de inker Calcular Sch e Gch b. Calcular número de Reynolds para o cálculo do coeficiene de película para o escoameno no casco Re h c. Calcular coeficiene de película he B

20 d. Correção do coeficiene de película Ec Deerminar l B Calcular Ec l B ( N ) e. Coeficiene de película corrigido he 7. Coeficiene global de ransferência de calor U 8. Área de roca de calor necessária ' Q A ' U m Se A não coincidir com A calculado no passo 8.b denro de um inervalo de 5%, reornar ao iem 8.a e arbirar ouro valor de U l B

21 Exemplo numérico Próxima aula