PROJETO DE UM TROCADOR DE CALOR DE CARCAÇA E TUBOS PARA RESFRIAR ÓLEO DE SOJA
Por: Driele Fardim • 1/12/2018 • Trabalho acadêmico • 2.386 Palavras (10 Páginas) • 497 Visualizações
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIA DOS ALIMENTOS
GCA121 - OPERAÇÕES UNITÁRIAS II
PROJETO DE UM TROCADOR DE CALOR DE CARCAÇA E TUBOS PARA RESFRIAR ÓLEO DE SOJA
Alunos
Debora Brum Neves
Driele Fradim
Marina Lage
Raí Caires
Professor
José Guilherme L. F. Alves
LAVRAS
2018
INTRODUÇÃO
O problema discutido a seguir é baseado no trabalho proposto pelos professores Maria Helena Miguel e Theo Kieckbusch (UNICAMP) para treinamento dos alunos da disciplina de Operações Unitárias de Transferência de Calor. A metodologia de cálculo sugerida é a descrita no livro de texto de Kern (1987). Para estimar os valores dos parâmetros se sugere a consulta do Manual do Engenheiro Químico (Perry e Chilton, 1986) e a as tabelas de propriedades de alimentos. Para cálculo do fator de correção térmica (Fct), deve-se consultar o livro Kreith (1977).
CASO ESPECÍFICO
Em uma fábrica de alimentos existe um trocador de calor, de tipo carcaça e tubos, que não está sendo utilizado, e o engenheiro de alimentos é incumbido da tarefa de analisar a possibilidade de aproveitar esse equipamento para resfriar óleo de soja.
RESOLUÇÃO DO PROBLEMA
- Cálculo do Calor que se deseja retirar do óleo quente:
- Dados iniciais do óleo de soja quente (“juice”)
Vazão de óleo de soja | mj= 8000kg/h |
Temperatura na entrada | tij = 90°C |
Temperatura na saída | tfj = 50°C |
- Cálculos Auxiliares
- Temperatura média da solução: Tmj = (Tij + Tfj)/2 = (90 + 50)/2= 70°C
- Capacidade calorífica: Cpj = 0,489427083 Kcal/kg°C
Fonte: Clark, P. E., C. R. Waldeland, R. P. Cross. 1946. Ind. Eng. Chern. 38: 350-353. Original in PRYDE, E. H. Physical Properties of soybean oil.
- Calor a ser retirado do óleo de soja
Qj = mj .Cpj . (tij – tfj)
Qj = 8000 kg/h . 0,489427083 Kcal/Kg °C . (90 - 50)°C
Qj = 156616,6666
- Características do Equipamento
- Tubos
- Diâmetro interno: Di = 0,0166m
- Diâmetro externo: De = 0,0191m
- Diâmetro Equivalente = 0,01854 m
- Comprimento: L = 5m
- Número total de tubos: Nt = 24
- Número de passes do produto: Np = 4
- Passo entre os tubos (pitch): Pt = 0,0254m
- Condutividade térmica: (Tab. A.1 – Livro Incropera)
Utilizando o aço Inoxidável AISI 302:
Kt = (15,1 W/mK).(J/Ws).(1Kcal/4184J). (3600s/1h) = 12,99 Kcal/hm°C
- Rugosidade:
Utilizou-se a rugosidade do aço comercial
et = 0.000004 m
Fonte: CAMARGO, R. Verificação da usinabilidade dos aços inoxidáveis austeníticos através do processo de furação. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade estadual de Campinas. São Paulo, p. 30-37. 2008.
- Resistência térmica interna: rsj= 0,0002m²h°C/Kcal
- Resistência térmica externa: rsa = 0,0002m²h°C/Kcal
- Carcaça
- Diâmetro interno: Dic = 0,2032 m
- Número de chicanas: Nch = 85
- Espessura das chicanas: ech = 0,0009m
- Dados do líquido de resfriamento (água):
3.1 Vazão:
Qj = Qa
mj.Cpj . ∆Tj = ma .Cpa . ∆Ta
8000 . 0,489427083 . (90 – 50) = ma . 0,998 .(38 – 16)
ma = 7132,227 kg/h
3.2 Temperatura da água na entrada:
tia = 16°C
3.3 Temperatura limite da água na saída:
tlimite = 38°C
3.4 Cálculo da temperatura da água na saída:
Cpa = 0,998 Kcal/Kg°C – (Tabela A.6 Propriedades Físicas dos líquidos)
tfa = tia + (Qj/ma . Cpa)
tfa = 16 + (156616,6666/7132,227 . 0,998)
tfa = 38 °C
3.5 Critérios de aceitação:
tfa
A tfa possui valor igual tlimite, portanto a temperatura pode ser utilizada.
3.6 Temperatura média da água:
tma = (tia + tfa)/2
tma = 27°C
- Propriedades físicas dos fluídos (dados adicionais)
- Óleo de Soja:
- Densidade:
dj = 887,0517 kg/m³ (tabela 1 – extrapolação - PRYDE)
Fonte: PRYDE, E. H. Physical Properties of soybean oil, p33-47.
- Viscosidade:
visj = 12,6x10-3 kg/ms
Fonte: BROCK, J. et al. Determinação experimental da viscosidade e condutividade térmica de óleos vegetais. Ciênc. Tecnol. Aliment., Campinas, 28(3): 564-570, jul.-set. 2008
- Condutividade Térmica:
kj = 0,1341 kcal/hm°C
Fonte: BROCK, J. et al. Determinação experimental da viscosidade e condutividade térmica de óleos vegetais. Ciênc. Tecnol. Aliment., Campinas, 28(3): 564-570, jul.-set. 2008
- Água de resfriamento:
- Densidade:
da = 997,0089 Kg/m3 (Tabela A6 – Propriedades Termofísicas da água saturada)
- Viscosidade:
Visa = 0,855.10-3 kg/ms (Tabela A6 – Propriedades Termofísicas da água saturada)
- Condutividade térmica:
Ka = 0,527 kcal/hm°C (Tabela A6 – Propriedades Termofísicas da água saturada)
- Cálculo dos Números de Reynolds e Prandlt
- Óleo de soja nos tubos:
- Área de escoamento de um tubo:
At = π . (Di)²/4 . Nt/Np
At = π .(0,0166)²/4 . 24/4
At = 1,298546 .10-3 m²
- Velocidade media:
Vmj = mj/(dj.At . 3600)
Vmj = 8000/ (887,0517. 1,298546 . 10-3.3600)
Vmj = 1,929217736 m/s
- Reynolds:
Rej = Di .Vmj .dj/ Visj
Rej = 0,0166. 1,929217736.887,0517/12,6x10-3
Rej = 2254,590752
- Prandtl:
Prj = Cpj .Visj . 3600/Kj
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