equipamento de transferÊncia de calor

EQUIPAMENTO DE

TRANSFERÊNCIA DE CALOR

Permutador de tubos concêntricos

< 18m2

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.

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

Permutador de tubos e caixa

http://www.youtube.com/watch?v=LsfRQGm4-Lc

Permutador de tubos e caixa

Permutador com tubos fixos

Permutador com tubos em U

Permutador de cabeça flutuante

Permutador em espiral

OK para sólidos em suspensão

até 10%.

Permutador de placas

http://www.youtube.com/watch?v=b0pXCIMptAg&NR=1

Permutador de placas

vedações

Permutadores compactos(para gases)

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

PROJECTO DE UM PERMUTADOR DE

TUBOS E CAIXA

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

(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

(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

(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

(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 %

(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

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)

nº passagens

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

IV) Seleccionar número de passagens de caixa, ncaixa

Critério: F 0.85 em Ao = q / U F Tml

ncaixa >2 implica permutadores em paralelo

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

Conferir área de transferência e nº de tubos, Nt

Ao = q / U F Tml

Nt = Ao /Atubo = Ao/(d0L)

Eventualmente corrigir L

CONDENSADORESvs.

PERMUTADORES

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

Evaporadores

a) Calandriab) Filme ascendente sem reciculaçãoc) Evaporação com recirculação (forçada)d) Filme descendente sem recirculação,

mostrando condensador barométrico

(d)

EXEMPLOS DE EVAPORADORES

RE-EBULIDORES

(a) Ebulidor interno: - limitado a baixas áreas de transferência de calor

- fundo da coluna é mais um andar de equilíbrio

b)Termosifão vertical - não adequado para vácuo ou fluidos viscosos; - é ebulidor total, o que significa que não corresponde a um andar de equilíbrio.

b)Termosifão horizontal- não adequado para vácuo ou fluidos viscosos; - é ebulidor total, o que significa que não corresponde a um andar de equilíbrio.

(d) Ebulidor tipo panela (kettle reboiler) - apropriado para vácuo - apropriado para grandes áreas de transferência- ebulidor é um andar de equilíbrio)

LAYOUT (DISPOSIÇÃO) DO EQUIPAMENTO

Pretende-se mínimo custo de forma a que:

(1) sejam obedecidas normas de segurança;

(2) a operabilidade do equipamento não seja posta em causa.

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)

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

· 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.)

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.

· 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.

· Deve-se afastar zonas perigosas.

· Zona de armazenagem de solventes, por exemplo a pelo menos 70 m da zona de processo.

Layout coluna destilação