Trocador De Calor - Casco Tubo

TROCADOR DE CALOR – CASCO TUBO

Deve ser projetado um trocador de calor para resfriar óleo de máquina não usado, entrando a 111ºC, com taxa de fluxo de 69,5 kg/s. É utilizado água de refrigeração entrando a 20ºC e saindo a 54ºC, sendo a taxa de fluxo da água de 43,5 kg/s. A perda de pressão máxima no circuito da água foi determinada em 40.000 Pa e no óleo em 60.000 Pa.

A casa de máquinas onde o trocador será instalado tem no sentido do comprimento do trocador 16 metros lineares.

OBS.: As fórmulas e tabelas utilizadas, junto com os parâmetros estimados, deverão ser indicadas claramente e justificados.

SOLUÇÃO:

Dados:

Fluído Quente Fluído Frio Trocador Calor

Óleo de máquina Água de Refrigeração Ltubos < 8,0 m

Tqe = 111ºC Tfe = 20ºC Casa de máquinas – 16 m

Tqs = Estimado 69ºC Tfs = 54ºC 1 passe no Casco

mq = 69,5 Kg/s mf = 43,5 Kg/s 4 Passes nos tubos

∆Pmáx = 60000 Pa ∆Pmáx = 40000 Pa

1º Passo: Determinar as propriedades físicas dos fluidos Tab. A5 - Incropera

Fluido Quente: Fluido Frio

2º Passo: Determinação ou cálculo de dados dos fluídos -

Cálculo do fator F (correção)

Devemos decidir qual dos fluidos deve ficar do lado dos tubos.

• Água nos tubos – 4 passes

• Óleo de máquina no casco – 1 passe

Do gráfico figura 2.7

Logo, F = 0,92

3º Passo: Determinação da área do trocador

Deve-se primeiramente estimar o coeficiente global (U) , conforme tabela 19.1

Estimativa → U = 714W/m2K

Importante, deve-se acrescentar entre 15% a 20% da área calculada, com o objetivo de diminuir o processo de cálculo. Logo:

4º Passo: Determinação dos parâmetros do tubo

• Casco tubo com cabeçote flutuante

• A configuração geométrica dos tubos será:

o Material: Aço ao carbono

o Øe = 15,88 mm

o Espaçamento entre tubos = 22,22 mm

o Arranjo =  90º

o Espessura = 1,65mm

o Nº de passes = 4 nos tubos

o Comprimento no tubos – L = 5m

5º Passo: Determinação do número de tubos (Ntu) e diâmetro interno do casco (Øic)

Através da tabela A3.3, 4 passes, determinamos:

6º Passo: Determinação espaçamento entre defletores e numero de defletores

Para simplificação, considera-se espaçamento uniforme entre defletores, considerando o diâmetro interno do casco < 60 polegadas, o espaçamento entre defletores deve estar entre Øcasco e .

Arbitrando um espaçamento entre defletores, l = 250mm , têm-se:

20 espaços entre defletores

Logo,

Número de defletores = 19

7º Passo: Cálculo de Velocidade nos tubos (Vtu)

8º Passo: Cálculo Reynolds

Logo, totalmente turbulento

9º Passo: Cálculo do número de Nulset

Logo, o coeficiente de película (hi) é dado por:

10º Passo: Cálculo da Perda de carga nos tubos

Os diâmetros dos bocais devem ser calculados utilizando a seguinte consideração:

Vtubos = Vbocais

Vtubos =1,52m/s = Vbocais

Bocal:

Trecho Reto:

f→ Fator de atrito (diagrama de Moody)

Re = 27814,15

Logo,