Projeto Trocador de Calor Final
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7/24/2019 Projeto Trocador de Calor Final
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UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA
Curso: Engenharia Mecnica
Projeto Troca or e Ca!or
"ru#o: $%
Sumrio
1. INTRODUO....................................................................................................... 32. OBJETIVOS............................................................................................................43. MATERIAIS E MTODOS UTILIZADOS....................................................................6
3.1 CARACTERSTICAS DOS FLUIDOS A SEREM UTILIZADOS NO PROJETO...............71
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3.2 MTODOS DE C LCULO................................................................................. !3.2.1 MTODO DE "ERN.......................................................................................!
3.2.2 ROTEIRO DE C LCULO................................................................................!
4. NOMENCLATURA............................................................................................. 11#. RESULTADOS E DISCUSS$ES...........................................................................14
#.1 RESULTADOS................................................................................................ 14
#.2 DISCUSS$ES................................................................................................ 14
6. CONCLUS$ES..................................................................................................1#7. BIBLIO%RAFIA..................................................................................................1#!. ANE&OS...........................................................................................................16
!.1 COEFICIENTE %LOBAL DE PROJETO APRO&IMADO........................................16!.2 FATORES DE ATRITO.....................................................................................17
!.3 CURVA DE TRANSMISSO DE CALOR LADO CARCAA..................................1!
!.4 CURVA TRASMISSO DE CALOR PARA %UA INTERIOR DO TUBO.................1'
!.# CURVA TRANSMISSO DE CALOR PARA INTERIOR DO TUBO.........................2(
!.6 FATORES DE INCRUSTAO..........................................................................21
!.7 ANE&O A ) DESEN*O DO TROCADOR DE CALOR..........................................22!.! ANE&O B ) MEMORIAL DE C LCULO.............................................................23
1. INTRODUO
Trocadores de calor so dispositivos utilizados para realizar o processo da trocatrmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas.
Este processo comum em muitas aplicaes da Engenharia e em diversos tiposconstrutivos, dentre os quais, um dos mais utilizados industrialmente o de casco tubo,
que consiste de um casco com um feixe de tubos dentro dele. m fluido corre atravsdos tubos, e outro fluido corre sobre os tubos !atravs do casco" de maneira a transferir
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calor entre os dois fluidos. # con$unto de tubos chamado feixe de tubos, e pode ser composto por diversos tipos de tubos% planos, longitudinalmente aletados, etc.
&ara avaliar ou pro$etar um trocador de calor, o engenheiro tem de saber que a
v'rias vari'veis envolvidas e afim de fazer um correto dimensionamento ele precisaconhece(las bem.
)s principais vari'veis que devem ser consideradas em um pro$eto de trocador decalor so%
*aracter+sticas dos flu+dos, dentre as quais destacam(se !condutibilidade
trmica, densidade, viscosidade e calor espec+fico".
Temperaturas de operao &resses de operao
elocidade de escoamento
&erda de carga admiss+vel
-ator de su$eira
ocalizao dos fluidos, no qual deve(se levar em conta algumas
consideraes !tend/ncia de incrustao, corroso, temperatura e pressomuito elevadas, velocidade de escoamento, viscosidade, fluidos letais et0xicos, fluido com diferena muito elevada entre as temperaturas terminais".
-igura 1.1
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-igura 1.2
-igura 1.3
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2. OBJETIVOS
# trocador de calor casco tubo selecionado, ter' como finalidade resfriar 0leo de
lubrificao dos mancais, servo motores, v'lvulas de controle e v'lvulas de seguranainstaladas em uma turbina de pequeno, pois o superaquecimento do 0leo pode causar diversos danos e mau funcionamento da mesma, tais como%
Ebulio do 0leo
-alta de lubrificao
-alta de resfriamento
&erda das propriedades f+sico qu+micas do fluido
azamento por reduo da viscosidade
Em caso de funcionamento hidr'ulico pode reduzir a forca de cilindros,
fadiga e ru+dos na bomba hidr'ulica
# 0leo utilizado para lubrificao o 45# 678, o fluido quente !0leo" tem umavazo de 9 :g;s a uma temperatura mdia de 7
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&ara pro$etar um trocador de calor com m'xima efici/ncia, menor tamanho ecusto, devido a estas necessidades, sero iniciados os estudos com um trocador decalor casco e tubo, considerando inicialmente um passe no casco e dois passes notubo. Existem alternativas para aumentar a efici/ncia de um trocador de calor, taiscomo%
so de aletas nos tubos
so de chicanas
Faior nGmero de passes entre casco e tubo
# ob$etivo do estudo no calcular a parte mecBnica !espessura de chapas,flanges, parafusos, diBmetros dos flanges de entrada e sa+da do flu+do frio, diBmetrosdos flanges de entrada e sa+da do fluido quente e etc", e sim determinar a vazom'ssica do flu+do frio !'gua" para especificar a bomba e conferir se o fator deincrustao do resfriador desenvolvido para 0leo aceit'vel na vazo m'ssica de fluidoque est' ser' utilizado.
3. MATERIAIS E MTODOS UTILIZADOS
) natureza dos fluidos que circulam num trocador de calor constitui um fator fundamental para seu desenvolvimento, todo o pro$eto tem como HbaseI aspropriedades dos fluidos quentes e frios que passaro pelo trocador de calor com oob$etivo de trocar calor, se$a para resfriar ou aquecer.
Aeste estudo considera(se que o fluido quente se trata de um 0leolubrificante;refrigerante !45# 6 78", com viscosidade consider'vel para o escoamento
no interior do trocador. # fluido frio se trata de 'gua !no estado natural", o fluido frio foiescolhido devido as suas propriedades f+sicas conhecidas, abundancia e baixo custo
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para o processo. Em alguns casos o fluido frio tratado com o uso de aditivos paraaumento da capacidade de troca de calor !no o caso deste".
3.1 CARACTER STICAS DOS !LUIDOS A SEREM UTILIZADOSNO "ROJETO
-lu+dos utilizados neste pro$eto%
Jleo 45# 6 78
Kgua
) tabela 3.1 mostra os dados tcnicos dos fluidos que sero utilizados nestepro$eto !no considerando a variao de temperatura"%
Tabela 3.1
Pro#rie a es os &!u' os-luido Luente !) ser resfriado" (
*)M*)N) -luido -rio !Mesfriador" ( T O#Aome% Jleo 45# 6 78 Aome% Kgua
T= Entrada% 79 =* T= Entrada% 3< =*T= 5a+da% >? =* T= 5a+da% 3> =*
&resso operao% 22 psi &resso #perao% 22 psiT= Fdia% 97 =* T= Fdia% 32 =*
azo m'ssica% 9 Pg;s azo m'ssica% C,C8
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)s unidades de medida utilizadas neste pro$eto so%
5itema 4ngl/s !Sevido a literatura existente"
5istema 4nternacional
3.2 MTODOS DE C#LCULO
3.2.1 MTODO DE $ERN
U um mtodo de f'cil utilizao, sendo bem sucedido com modelos detrocadores de calor casco e tubos com tolerBncias usuais, mas apresenta poucapreciso, que torna(se tanto mais cr+tica quanto mais o escoamento do fluido situa(se
em regime laminar, o qual exige um tratamento bem mais complexo.
3.2.2 ROTEIRO DE C#LCULO
A% V&ri'()*+o ,& um -ro(),or ,& () or/
Dados de entrada % dimenses do trocador, diBmetros, comprimento, nGmero depasses, arran$o dos tubos.
Especificar como entrada % T1VTqe, T2VTqs, t1VTf e, vazes das correntes de fluidos e p
admiss+veis.
$( *alcular a taxa de transfer/ncia de calor ou t 2 por meio de balano de energia!calor removido igual ao calor transportado"
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L V mq *p q !Tqe ( Tqs" V mf *p f !Tf s ( Tf e"
#bs% os calores espec+ficos so calculados na temperatura mdia.
)( *alcular a diferena de temperatura mdia logar+tmica !Tml " contracorrente
%( *alcular a correo da diferena de temperatura para o arran$o considerado W- !6r'fico Pern"
*( 5elecionar qual fluido ir' nos tubos e qual no casco
+( *'lculo do hi ( fluido dos tubos
9.1" *alcular Met
9.2" *alcular Au das correlaes
9.3" )plicar, se for o caso, a correo com a viscosidade da parede
!;p"
,( *'lculo do he ( fluido casco
7.1" *alcular Me
7.2" #bter $h
7.3" *alcular he
( *alcular o limpo
.( *alcular o pro$eto por% LV) p.Tml'
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/( *alcular o critrio de desempenho, Mf total atravs de p e l
$0( *alcular as perdas de carga no casco e nos tubos e comparar com aadmiss+vel.
B% C (u o & 0ro &-o ,& um -ro(),or ,& () or/
Sadas as condies de processo% T1,T2,t1, t2 vazes, perdas de cargaadmiss+veis e fatores de incrustao dispon+veis de acordo com os fluidos utilizados.
# comprimento do tubo, o diBmetro externo do tubo e o passo seroespecificados pela pr'tica de pro$etos !ou pela norma TEF)"
$( *alcular a taxa de transfer/ncia de calor ou t 2 por meio de balano de energia L V mq *p q !Tqe ( Tqs" V mf *p f !Tf s ( Tf e"
#bs% os calores espec+ficos so calculados na temperatura mdia
)( *alcular a diferena de temperatura mdia logar+tmica !Tml " contracorrente
%( 5upor um nGmero de passagens nos tubos !Apt"
*( *alcular a correo da diferena de temperatura para o arran$o considerado (-
C% T& -)-i ) 1 4u-i i5),) o m&mori) ,& ( (u o%/
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+" Estimar o valor de p, o coeficiente global de pro$eto ( incluindo os dep0sitospor incrustaes !escolher sempre um valor superior"
,( *'lculo da 'rea )VL; p. Tmle o nGmero de tubos
( 5elecione um trocador !Si" para o nGmero mais pr0ximo de tubos de acordocom a contagem de tubos
.( *orri$a o valor de p para a 'rea correspondente ao nGmero real de tubosque podem estar contidos no casco.
6. NOMENCLATURA
Aomenclatura utilizada no memorial de c'lculos
L% *alor
m% Fassa
c% *alor espec+fico
Xt% Siferena de temperatura
F ST% Fdia logar+tmica de temperatura
-% -ator de correo !-" encontrado
F STc% Fdia logar+tmica de temperatura corrigida
Y 4c% SiBmetro interno do casco !m"
*Z% Espao livre entre os tubos !m"
O% Espaamento entre as chicanas !m"
c% *omprimento do casco !m"
&t% &asso entre os tubos !m"
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t% *omprimento dos tubos
Y 4nt% SiBmetro interno dos tubos !m"
YExt% SiBmetro externo dos tubos !m"
EspTub% Espessura da parede do tubo !m"
Krea% Krea de troca trmica
Krea c% Krea de troca trmica [ coeficiente de segurana
At% AGmero de tubos
d% *oeficiente global corrigido
aZt% Krea de escoamento de um tubo !!\]d^2";>"
n% AGmero de passes pelos tubos
at% Krea de escoamento
)s% Krea de escoamento
6t% azo m'ssica por unidade de 'rea !Pg;s]mQ"
R% azo m'ssica do fluido do lado da carcaa !:g;s"Seq% SiBmetro equivalente p; transmisso de calor !ftQ"
6q% azo F'ssica por unidade de 'rea !lb;h]ftQ"
% iscosidade dinBmica !lb;ft]h"
Meq% AGmero de Me_nalds
f% elocidade de escoamento do fluido frio !m;s"
% Sensidade do fluido !:g;m "P% *ondutividade trmica
Aut% AGmero de Ausselt
Me% AGmero de Me_nalds
&rt% AGmero de &randt
`h% Encontrado no gr'fico fig. 28 Pern
hi% *oeficiente genrico para transfer/ncia de calor
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ho% *oeficiente de pel+cula
Md% -ator de incrustao
*% *oeficiente de transmisso de calor de polimento
Zd% *oeficiente global corrigido
f% -ator de atrito de -anning
% # termo ! ; "^
5% Sensidade relativa adimensional
X % &erda de carga do flu+do
7. RESULTADOS E DISCUSS8ES
7.1 RESULTADOS
Tabela 9.1
Ta1e!a 2 Resu!ta os o1ti osazo m'ssica do flu+do quente :g;s % 9,
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*alor a ser trocado R % 177C
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:. BIBLIO;RA!IA
4ncropera, -.&., Se itt, S.&., 1CC8, -undamentos de transfer/ncia de calor emassa. T* Editora, >@ edio, Mio de `aneiro, 5&.
Pern, S.L., 1C98, Fathematical development of tube loading in horizontalcondensers, `. )m. *hem., >%19? W 17
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