8.5. EXEMPLO: PROJETO TÉRMICO DE UM EVAPORADOR
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1 Equipamen de ra érmia EXEMPLO: PROJEO ÉRMICO DE UM EAPORADOR Um reeredr m ermiã eria dee prprinar bm de apr que é niuíd quae que amene pr buan pur, em um dipii m mra a igura 8.7. A una pera a uma preã de 75 pig e ar erá rneid pr apr d água aurad a 85 pig. Deem uar uma razã de reiruaçã mair u igua a 4:. igura 8.7 Reeredr m ermiã eria d exemp 8.5 Ob: Epe uperir ad próxim a níe d prdu d und. Suçã: 8.5. DADOS INICIAIS uid azã ( ) bm ( ) ( ) P p ( pia) P( pi) Buan ?? 90? Água??? LOCALIZAÇÃO DOS LUIDOS buan n ad d ub apr d água n ad d a 8.5. EMPERAURAS MÉDIAS A preã de auraçã d buan auraçã. a 0 p a 90 pia rrepnde a uma emperaura de A preã de auraçã d apr d água p a 00 pia rrepnde a uma emperaura de auraçã 7,. emperaura ia: a 8 7, m 0 m 8
2 8.5.4 PROPRIEDADES ÉRMICAS DOS LUIDOS Equipamen de ra érmia - 8 uid Buan apr d água emperaura de auraçã ( ) 0 7,8 Preã de auraçã (pia) Maa meuar 58, Maa epeíia d íquidbm Car epeíi d íquid BU bm. Cnduiidade érmia d íquid BU.. 9,95 56,6 0,7 0,064 iidade dinâmia d íquid bm 0,4 (0, p) 0,4 (0, p). Maa epeíia d apr bm,7 0,56 Car epeíi d apr BU bm. Cnduiidade érmia d apr BU.. iidade dinâmia d apr bm. 0,06 (0,05 p) Car aene ( BU ) 888,8 bm Enapia d íquid ( BU ) 45 98,4 bm Enapia d apr ( BU ) 40 87, bm ar de inruaçã ,00 BU BALANÇO DE ENERGIA Q& &. m ( λ λ ) ( 40 45) 876 Q& BU azã de água: Q& & água m. λ
3 m& Q& λ água 88,8 Equipamen de ra érmia - 9 bm DIERENÇA MÉDIA DE EMPERAURA m ar de rreçã da MLD R ( aprd ' água) a( bu an ) 7,8 a 0 P Lg: e m 97,8 m 97, ,8 0 ' 7,8 7,8 ' indeerminad EMPERAURA E PRESSÃO DE PROJEO Ca: prje p prje 00, 0 pi ub: prje p prje 90, 48pi CARACERÍSICAS DO PROJEO MECÂNICO m m 8 0 m < m m 50 Permie u de epe ix. ip nrui AEL CÁLCULO DA ÁREA DE ROCA ÉRMICA a enaia: Quand eabeeem a área d reeredr, a primeira enaia dee er eia para ux máxim, nee a (Kern 980): Q& A máx Q& A Q & A 000 BU. máx
4 epeura: Ea d ub: p prje 48pi Equipamen de ra érmia - 0 enã admiíe d aç-arbn (ASM A-79) na 8, σ 8 MPa 900 pi A epeura é eimada pr: p. d 8.0,75 e C 0,04 0, 05 in. σ.900 Empregarem ub BWG 6, m de " (dee er eriiad, n prje 4 meâni, a reiênia à preã exerna e a rigidez) Epeura da parede 0,065 Diâmer exern 0,75 Diâmer inern 0,6 Maeria aç Arranj rianguar m pa de Númer de raje n ub, N Cmprimen d ub 6 (Ob: ub ng reduzem diâmer d a, baraeand radr. Em nraparida a una deerá er mnada mai aa). Epeura d epe (eimada) Númer de ub: A n de. ( L e) 05 0,75 6 Cnagem de ub n epe, para ip L, paagem, n 09, e Di " ERIICAÇÃO DA RAZÃO DE RECIRCULAÇÃO Razã de reiruaçã 4: u mair Preã eáia n ram de igaçã d reeredr Maa epeíia d apr de buan ρ p. M R. Z ρ L n ( ) 90 pia.58,b bm, 7b 0,7 am.4,7 pia (0 460) R bm. R am ap ume epeíi d apr de buan ap Maa epeíia d buan íquid Denidade d 0,48 ρ ap,7 0,44 b
5 ρ d. ρ 0,48 6,4 9,95b H O bua n íq Equipamen de ra érmia - ume epeíi d buan íquid íq ρ íq 9,95 0,0 b Na enrada, Na aída: íq 0, 0 azã de íquid reiruand 4: b azã a, em ume, na aída d reeredr Líquid apr b 600b 0, b 0,44 b b a 5450,88 795,00 40,88 40,88 0, Preã eáia n ram de igaçã d reeredr deid a pe da miura na una (apríquid) Z ρ 6 0,47 n, 684 pi 44 44( 0,47 0,0) 0,0 b Queda de preã pr ari n eamen ( 0,6) di a 0.0in 0, G m& n 09 a 0,00097 N 89494bm. G. di ,6 Re eamen urbuen. µ 0,4 Maa epeíia da miura: ρ ρ ρ ρ 8, 7 b 0,47 9,95 8,7 9,95 8,7,54b. ρ. ρ ρ ρ
6 ar de ari - Curi Maeria d ub aç rugidade ar de ari de Curi E 8,5 0 Equipamen de ra érmia - 4 A,457 n 7 Re 0,9 0,7. E di 6,457 n A 5, B 5, 0 Re ,9 0,7.8,5 0 0, Re ,5 ( ) 7 A B ( 5,77 0 5, 0 ),5 0,006 eidade n ub G , ρ, Perda de arga inear n ub: p ' 8.. L di ρ. g N 6,54 8, p 8 0,006 7, 8 pi 0,6, 44 Deprezand a perda na ubuaçã que iga radr à una e a perda n bai, deid a ρ deerminad pe aprximad er menr d que rea. Perda de arga a n ub: p a Z ρ 44 p p a,684 7,8 8, 96 pi rça mriz dipníe Z ρ 6 9,95 íq,pi < 8, 96 pi A reiênia ã maire d que a energia dipníe, pran a razã de reiruaçã erá menr d que 4: A queda de preã pde er reduzida pe quadrad da eidade e ub e enurarem, que pra aumen na área de eamen. Oura aernaia é eear níe d íquid na una aé aima d epe uperir.
7 Equipamen de ra érmia - a enaia: A Ea d ub: Empregarem ub BWG 6, m de " (dee er eriiad, n prje 4 meâni, a reiênia à preã exerna e a rigidez) Epeura da parede 0,065 Diâmer exern 0,75 Diâmer inern 0,6 Maeria aç Arranj rianguar m pa de Númer de raje n ub, N Cmprimen d ub Númer de ub: A n de. ( L e) 4 0,75 Cnagem de ub n epe, para ip L, paagem, n 5, e Di 5 " a. ERIICAÇÃO DA RAZÃO DE RECIRCULAÇÃO Razã de reiruaçã 4: u mair a. Preã eáia n ram de igaçã d reeredr Na enrada, Na aída: 0, 0 íq 0, 47 b Z ρ L n b ( ) Preã eáia n ram de igaçã d reeredr deid a pe da miura na una (apríquid) Z ρ 0,47 n, 6 pi 44 44( 0,47 0,0) 0, a Queda de preã pr ari n eamen ( 0,6) di a 0.0in 0,
8 G m& n 5 a 0,00097 N Equipamen de ra érmia bm. G. di ,6 Re 788 eamen urbuen. µ 0,4 Maa epeíia da miura: ρ,54b ar de ari - Curi Maeria d ub aç rugidade ar de ari de Curi A,457 n 7 Re 0,9 0,7. E di 6 E 8,5 0,457 n A 8, B 9, 0 Re ,9 0,7.8,5 0 0, Re 8 788,5 ( ) 7 0 A B ( 8,85 0 9, 0 ),5 0,0057 eidade n ub G 64450, ρ, Perda de arga inear n ub: p ' 8.. L di ρ. g N,54, p 8 0,0057, 7 pi 0,6, 44 Deprezand a perda na ubuaçã que iga radr à una e a perda n bai, deid a ρ deerminad pe aprximad er menr d que rea. Perda de arga a n ub: p a Z ρ 44 p p a,6,7, 96 pi
9 a rça mriz dipníe Z ρ 9,95 íq,5 pi <, 96 pi Equipamen de ra érmia - 5 A reiênia ã maire d que a energia dipníe, pran a razã de reiruaçã erá menr d que 4: A queda de preã pde er reduzida aumen diâmer d ub. a enaia: A Ea d ub: Empregarem ub BWG 6, m de " Epeura da parede 0,065 Diâmer exern Diâmer inern 0,87 Maeria aç Arranj rianguar m pa de ¼ Númer de raje n ub, N Cmprimen d ub 6. Epeura d epe (eimada) Númer de ub: A n de. ( L e) ( ) 79 6 Cnagem de ub n epe, para ip L, paagem, n 9, e Di 5 " b ERIICAÇÃO DA RAZÃO DE RECIRCULAÇÃO Razã de reiruaçã 4: u mair b Preã eáia n ram de igaçã d reeredr Na enrada, Na aída: 0, 0 íq 0, 47 b Z ρ L n b ( ) Preã eáia n ram de igaçã d reeredr deid a pe da miura na una (apríquid) Z ρ 6 0,47 n, 684 pi 44 44( 0,47 0,0) 0,0
10 Equipamen de ra érmia b Queda de preã pr ari n eamen G ( 0,87) di a 0.594in 0, m& n 9 a 0,004 N 54799bm. G. di ,87 Re 665 eamen urbuen. µ 0,4 Maa epeíia da miura: ar de ari - Curi ρ 9,95 8,7 9,95 8,7 Maeria d ub aç rugidade ar de ari de Curi A,457 n 7 Re 0,9 0,7. E di 6 6 E 8,5 0,457 n A, 0,54b B 6,48 0 Re 665 0,9 0,7.8,5 0 0, Re 8 665,5 ( ) 8 A B (, 0 6,48 0 ),5 0,005 eidade n ub G 54799, 4 ρ, Perda de arga inear n ub: p ' 8.. L di ρ. g N 6,54,4 p 8 0,005, 6pi 0,87, 44 Deprezand a perda na ubuaçã que iga radr à una e a perda n bai, deid a ρ deerminad pe aprximad er menr d que rea.
11 Equipamen de ra érmia - 7 Perda de arga a n ub: p a Z ρ 44 p p a,684,6, pi b rça mriz dipníe Z ρ 6 9,95 íq,pi >, pi A energia dipníe é uiiene para garanir a axa de reiruaçã deejada de 4: 8.5. ERIICAÇÃO DA ÁREA DE ROCA ÉRMICA Ceiiene de peíua d íquid em ebuiçã n inerir d ub Cm uma eidade ia de,5 (,4 m ) eiiene de peíua na ebuiçã d buan pde er auad m n a da iruaçã rçada na ndiçõe da enrada. G en 5 ρ 9, G. di ,87 Re 665 eamen urbuen. µ 0,4 µ. Cp Pr k Equaçã de Diu-Beer mdiiada para ebuiçã: 0,8 Nu 0,078Re Pr Nu k di 0,4 0,4 0,7,65 0,064 0,8 0,4 ( ) (,65) 605, 7 0, ,7 0,064 54,7 BU 0,87. i. BU i 54,7 é mair que imie para ux de ar máxim. Uarem.. BU i máx Ceiiene de peíua d uid de aqueimen uid quene apr de água, aurad, n a. a ieraçã: Arbirand e 00 BU. e. ( ) 0 ( 7,8 0) 0, p * 00 0,87 e i p 7,8 0, 9
12 uid Equipamen de ra érmia - 8 apr d água emperaura da peíua ( ) 7,7 Preã de auraçã (pia) 00 Maa epeíia d íquidbm 56,7 Car aene ( BU ) 888,8 bm Cnduiidade érmia d íquid BU.. 0,94 iidade dinâmia d íquid bm 0,47. iidade inemáia d íquid azã máia: L m& 46 G 8,05b π De N. π 9, G 4 8,05 R eδ 74,8 eamen em peíua aminar. µ 0,47 L ( ν g) k Re δ k Reδ 0 < Re, δ,08. Re 5, δ 74,8 0,94 < 800, (,08. Re 5,)( ), 6 δ ν g (,08.74,8 5,)(,09 0 ) Reauand a emperaura da parede: e 80, BU. L. 6 (,) ( ) 0 ( 7,8 0), p * 00 0,87 e i 80, 80, p 7,8, 0 Nã á ariaçã igniiaia na prpriedade Ceiiene gba de ra érmia U de Rdi. de de de n i. di di k di Rde e
13 Cnduiidade érmia d aç na p k Equipamen de ra érmia - 9 5,4 BU. aç. U 0,00 n 00 0,87 0,87 5,4 U 08, BU.. 0,87 0,00 80, eriiaçã da área de ra de érmia a) Área neeária: b) Área dipníe: Q& A 66 U. m 08, 97,8 A d ' n. de. L ) Dierença de área: A d 9 π 6 7, Ad A 7, 66 Err % A DIMENSIONAMENO DOS BOCAIS a) Ba araça (apr de água) p 00 6, 6, ρ 0,56 máx 9 apr 4. m& 4 46 Db 0,4, 7in ρ. π 0, Adarem D " b máx b) Ba araça (íquid) , 9 máx ρ íquid 56,6 4. m& 4 46 Db 0,06 0, 74in ρ. π 56,6 7,9 600 Adarem D " b máx ) Ba d ub (íquid)
14 Adarem D 6" máx 0 Equipamen de ra érmia m& Db 0,49 5, 89in ρ. π 9, b máx d) Ba d ub (íquid apr) Adarem D 6" p 90 6, 6, 9, ρ 8,7 8 máx apr 4. m& Db 0,, 6in ρ. π 8,7 9,8 600 b máx 8.5. GEOMERIA DO CASCO Diâmer d eixe de ub Númer de ub na ieira enra:, n, 9 7,67 Diâmer d eixe de ub: D ( n ) de (,5 ), 5 n in Diâmer inern d a: D i 5, 5 in Númer de iana H a) Cre da iana: 46% (arbirad) Di Di b) Epaçamen enre iana adjaene: Di 5, 5in ) Cmprimen de ub enre epe e a iana de enrada Cm Di 5,5in e p 00 pi igura 5.7 5, 56in Ba m diâmer nmina de, S 40 de,5 in e di,068 in. D,068 5,5 8, in adad: 7,75in mín b 868 d) Cmprimen de ub enre epe e a iana de aída Cm Di 5,5in e p 00 pi igura 5.8 0, 5in Ba m diâmer nmina de, S 40 de,5 in e di,068 in. e) Númer de iana D,068 0,5, in adad: 7,75in mín b N b ( L ) (( 6 ) 7,75 7,75) 5,5
15 8.5.4 PERDA DE CARGA NO CASCO a) ux de maa: de Di,5 Equipamen de ra érmia - 4 ig 5. Np 0,5 Y 6,5 p 0,8 Np Di 0,8 0,5 5,5,5 0,60 C b 0,97 C a C b de,5 0,97 0,94,5 S S G Ca.. D 0,94 5,5,5 9,94 in 0,8 S 0,8 p 0,6 m & S 46 0,46 0, bm. b) Númer de Reynd ) Ceiiene de ari n a: G. de 9480 Re 850 µ 0,47 de,5 íq R e 850 ig 5. 0,7 d) ar Cx, abea 5.0 Cx,54 e) Maa epeíia ia: ρ. ρíq. ρ ρ ρ 56,6 0,56 56,6 0,56 ap i íq ap 0,45bm ) Perda de arga para eamen araé d a: P 0,4 4 G H Di ' Y µ e Cx N B ρ Di Di µ
16 P P 0, 65 pi ( 9480) 0,7,54 0,45 5,5,5 Equipamen de ra érmia - 4 0,4 4 ( 0,46) ( ) 6,5,5 0,4 5,5 0,47 ) Perda de arga n ba de enrada (apr): Ba m diâmer nmina de, S 40 de,5 in e di,068 in. m& b 04, 6 b π ρ ap 0,56 πd 4 µ ρ 0,05 0,56 parâmer 0, 0,068 D b 46 µ em enipie 0,05 ρ em bm 0,56 D b em pegada, (,068) 600 4, ( 600) 44 µ ρ 0,0 D b b 04,6 ig 5. Z 00 0,56, 00 Pb ρ ap. g. Z 0, 47 44, pi g) Perda de arga n ba de aída (íquid): Ba m diâmer nmina de, S 40 de,5 in e di,068 in. m& b 0, 06 b π ρ íq 56,6 πd 4 µ ρ 0, 56,6 parâmer 0, 0006,068 D b 46 µ em enipie 0, ρ em bm 56,6 D b em pegada, (,068) 600 4
17 µ ρ 0,0006 D b b 0,06 Equipamen de ra érmia - 4 ig 5. Z 0 Pb ρ íq. g. Z 0 pi ) Perda de arga a n a P a P P P b b P a 0,65 0,47 0 P a, pi
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5.4.1 Dados iniciais Localização dos fluidos água de resfriamento no lado dos tubos gasolina no lado do casco ( F)
5.4 EXEMPLO Dimensinar um radr de alr para resfriar 0.668 de gaslina de 9 aé 00 m água a 86 aqueend aé 00. A pressã de peraçã da gaslina é 6 psi e a da água 88 psi. Sluçã: 5.4. Dads iniiais luid Vazã lbm
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7.5. Exemplo: Projeo érmico de um condensador Dimensionar um rocador de calor para condensar 0.000lbm/h de propano com emperaura inicial de 150 F e pressão de sauração de 300 psia, endo como fluido frio
5.4.1 Dados iniciais Localização dos fluidos água de resfriamento no lado dos tubos gasolina no lado do casco ( F)
5.4 EXEMPLO Dimensinar um radr de alr para resfriar 0.668 de gaslina de 9 aé 00 m água a 86 aqueend aé 00. A pressã de peraçã da gaslina é 6 psi e a da água 88 psi. Sluçã: 5.4. Dads iniiais luid Vazã lbm
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v v a = 1,5528 slugs 32,2 Massa da carga: Dinâmica de um Ponto Material: Trabalho e Energia Cap. 14 2(30) = 60 lb 2(30) = 60 lb = 1, 5528a 50 lb
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