EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR
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EQUIPAMENTO DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
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Permutador de tubos concêntricos
< 18m2
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Desenhe, com o máximo detalhe que conseguir, um permutador de tubos e caixa com duas passagens do lado dos tubos. Mostre-o em duas vistas diferentes (as que considere mais elucidativas). Assinale a direcção e sentido dos dois fluidos dentro do permutador.
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Permutador de tubos e caixa
1-passagem tubos
2-passagens tubos
http://www.youtube.com/watch?v=JipA1cnmVZg&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=LsfRQGm4-Lchttp://www.youtube.com/watch?v=jY-yoqhfR2I&NR=1
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Permutador de tubos e caixa
http://www.youtube.com/watch?v=LsfRQGm4-Lc
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Permutador de tubos e caixa
Permutador com tubos fixos
Permutador com tubos em U
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Permutador de cabeça flutuante
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Permutador em espiral
OK para sólidos em suspensão
até 10%.
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Permutador de placas
http://www.youtube.com/watch?v=b0pXCIMptAg&NR=1
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Permutador de placas
vedações
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Permutadores compactos(para gases)
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Placas Tubos e caixa
Pressão máxima (bar abs) 21 bar 100 bar
Temperatura máxima (ºC) 150 a 230ºC (dependendo dos vedantes) 540 ºC
Correntes gasosas Não recomendado Adequado
CondensaçãoNão recomendado, excepto vapor baixa
pressãoAdequado
Evaporação Geralmente não recomendado Adequado
Viscosidade < 20 000 cP (bons coeficientes de transferência) < 10 000 cP
Espaço ocupado Mais compacto Menos compacto
Caudais máximos ~ 0.7 m3/s Muito altos
Área de transferência 0,1 m2 ~ 2500 m2 Muito alta
Possibilidade de expansão Fácil adição de novas placas Impossível
Facilidade de inspecção Fácil Difícil
Facilidade de limpeza mecânica Fácil Só do lado dos tubos
Sólidos < 5% sólidos finos Só baixas concentrações de sólidos finos
Líquidos sensíveis à temperatura Preferível (baixo inventário)
T Aceitável T baixo (~1º) porque coef. tr. calor alto
Custo (US$ / ft2) (2006) -aço inox 25-40 30-60
REF: A.Ferraro, Heat Exchanger Basics, http://www.process-heating.com/CDA/Archives/8a3a404a85ca9010VgnVCM100000f932a8c0____, 2006
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PROJECTO DE UM PERMUTADOR DE
TUBOS E CAIXA
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PRESSUPOSTOS, ESPECIFICAÇÕES CÁLCULOS PRÉVIOS
(1) Condições operatórias conhecidas - Caudais, temperaturas de entrada ou saída dos fluidos, pressão de trabalho.
(2) Queda de pressão máxima admitida em ambas as correntes
(3) Dimensionamento térmico – cálculo de temperaturas e caudais que faltavam
(4) Tipo de escoamento – cocorrente só em certos casos para proteger substância tèrmicamente sensível. Caso contrário contracorrente
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(4) Selecção do tipo de permutador.
Limpeza mecânica dentro dos tubos feixe desmontável pelo topo da caixa
Limpeza mecânica dentro dos tubos evitar tubos em U
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(5) Alocação das correntes
O fluido do lado dos tubos deve ser o:
(i) mais sujo
(ii) que está a maior pressão;
(iii) mais corrosivo;
(iv) mais tóxico;
Estes requisitos estão muitas vezes em conflito
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(6) Tubos: · Diâmetro – ½” – 1 ½” BWG
mínimo para limpeza mecânica é ¾”
Espessura – tabelas de fabricantes pressão de trabalho
· Comprimento – 5 L/D0 15. L até 6 m.
· Disposição dos tubos
1.25 Pt/d0 1.5
• Disposição triangular: maior coeficente de tr. calor, mas maior p no lado da caixa!
Não é recomendada se for necessária limpeza mecânica
PtC
d0
C
Pt
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(7) Chicanas do lado da caixa
– Servem de apoio para os tubos – Aumentam a velocidade do fluido da caixa e coef. tr. calor – Aumentam a perda de carga do lado da caixa
Espaçamento: 0.4 D0 B 0.6 D0
Segmentação: 25 a 35 %
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(I) Estimar área de transferência e nº de tubos, Nt
Ao = q / U F Tml (admitir F=0.9)
Nt = Ao /Atubo = Ao/(d0L)
Estimativa de U – tabelas (Perry, Kern, etc
SEQUÊNCIA DE CÁLCULOS
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II) Seleccionar número de passagens do lado dos tubos, nt
Critério: velocidade de passagem nos tubos
Compromisso entre h elevado, e perda de carga do lado dos tubosVelocidade mínima para evitar depósitos
Fluxo recomendado:
1000 Gm 1400 kg/(m2s)
para água 1 v 1.4 m/s)
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nº passagens
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III) Determinar nº exacto de tubos e diâmetro de caixa, Do
1” OD tubes on 1.25 triangular pitch
Shell ID (in) 1-P 2-P 4-P 6-P 8-P
8 21 16 16 14
10 32 32 26 24
12 55 52 48 46 44
… … … … … …
39 766 736 700 688 672
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IV) Seleccionar número de passagens de caixa, ncaixa
Critério: F 0.85 em Ao = q / U F Tml
ncaixa >2 implica permutadores em paralelo
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VI) Calcular U
Definidas a geometria e outras variáveis essenciais, já se pode calcular o U com maior exactidão:
L
od
ehL
odo
R
kLi
do
d
Li
di
R
Li
di
hLo
do
U 1
"
2
ln"11
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Conferir área de transferência e nº de tubos, Nt
Ao = q / U F Tml
Nt = Ao /Atubo = Ao/(d0L)
Eventualmente corrigir L
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CONDENSADORESvs.
PERMUTADORES
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CONDENSADOR PERMUTADOR
PRINCIPAIS DIFERENÇAS:h do lado da condensação alto. F =1 (contracorrente para qq nº de passagens)
as CHICANAS DO LADO DA CAIXA têm função diferente da que têm num permutador líquido/líquido
VÁCUO: servem para evitar que bomba/ejector aspire vaporesATMOSFÉRICO: evitam saída de vapores para a atmosfera pelo
respiradouro
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Evaporadores
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a) Calandriab) Filme ascendente sem reciculaçãoc) Evaporação com recirculação (forçada)d) Filme descendente sem recirculação,
mostrando condensador barométrico
(d)
EXEMPLOS DE EVAPORADORES
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RE-EBULIDORES
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(a) Ebulidor interno: - limitado a baixas áreas de transferência de calor
- fundo da coluna é mais um andar de equilíbrio
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b)Termosifão vertical - não adequado para vácuo ou fluidos viscosos; - é ebulidor total, o que significa que não corresponde a um andar de equilíbrio.
![Page 38: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/38.jpg)
b)Termosifão horizontal- não adequado para vácuo ou fluidos viscosos; - é ebulidor total, o que significa que não corresponde a um andar de equilíbrio.
![Page 39: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/39.jpg)
(d) Ebulidor tipo panela (kettle reboiler) - apropriado para vácuo - apropriado para grandes áreas de transferência- ebulidor é um andar de equilíbrio)
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LAYOUT (DISPOSIÇÃO) DO EQUIPAMENTO
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Pretende-se mínimo custo de forma a que:
(1) sejam obedecidas normas de segurança;
(2) a operabilidade do equipamento não seja posta em causa.
![Page 42: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/42.jpg)
Há 2 estratégias básicas na disposição das principais peças de equipamento
(1) acompanhar a sequência indicada no diagrama de processo (disposição em linha)
(2) agrupar por equipamentos semelhantes
Muitas vezes o resultado é mistura de (1) e (2)
![Page 43: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/43.jpg)
A não ser quando necessário, o equipamento de processo não se encontra encerrado em edifícios.
· Dentro do possível, deve-se minimizar o comprimento de tubagens de ligação
![Page 44: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/44.jpg)
· Dentro do possível, deve-se minimizar estruturas de suporte
· Elevações resultam caras e perigosas, mas pode ser necessário elevar algumas peças de equipamento (para garantir carga efectiva de sucção (NPSH), transporte por
gravidade quando aplicável, etc.)
![Page 45: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/45.jpg)
Deve-se deixar espaços para acesso e manutenção.
· Permutadores de calor, por exemplo, com espaço para remoção de tubos.
· Válvulas, pontos de amostragem, instrumentos devem estar em locais de fácil acesso.
![Page 46: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/46.jpg)
· As tubagens seguem normalmente em esteiras colocadas a ~4-5 m de altura
(para não atrapalharem)
· Frequentemente, os equipamentos dispõem-se de um e outro lado de uma esteira central de tubagens.
![Page 47: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/47.jpg)
· Deve-se afastar zonas perigosas.
· Zona de armazenagem de solventes, por exemplo a pelo menos 70 m da zona de processo.
![Page 48: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/48.jpg)
Layout coluna destilação
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![Page 50: EQUIPAMENTO DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062301/56813258550346895d98e4eb/html5/thumbnails/50.jpg)
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