Trocador de calor duplo tubo

Duplo tubo - arranjo de tubos concêntricos

conectados nas extremidades com a finalidade de

suportar o tubo interno mantendo-o centralizado,

promover a entrada, a saída ou o retorno do fluido de

uma perna a outra

- as correntes quente e fria estão em sentidos

opostos, escoamento contracorrente, ou no mesmo

sentido, escoamento paralelo

Duas pernas de duplo tubo formam um grampo em U

(curva de retorno) geralmente exposto, o qual não

fornece uma superfície de T .C. efetiva.

Aplicações de pequena capacidade com superfícies

de troca térmica < 50 m2,e adequada quando um dos

fluidos está a alta pressão.

PASTEURIZADORES TUBE IN TUBE

PARA SUCOS E POLPAS, COM

REGENERAÇÃO DIRETA OU

INDIRETA DE CALOR E

RESFRIAMENTO AQUECEDORES

TUBULARES POR ÁGUA

QUENTE OU VAPOR

DIRETO. RESFRIADORES

POR ÁGUA DE TORRE OU

ÁGUA GELADA

PASTEURIZADORES

ESPIRALADOS

PARA ENVASE A

QUENTE

VANTAGENS:

- flexibidade de aplicação e disposição

- resistem a grandes pressões e temperaturas

- é possível o verdadeiro escoamento em contracorrente

- facilmente limpos

- fácil controle de distribuição de fluxo

- calculados de maneira rápida e com precisão aceitável

DESVANTAGENS:

- pequena quantidade da superfície de troca contida num

único grampo, sendo necessário o uso de vários deles para

processos industriais, ocupando um espaço considerável

- caro em relação ao custo por m2 de área de troca.

São facilmente construídos a partir de tubos e peças padronizadas:

- Tubo externo de 2 a 4" (~5 a 10 cm) (anel)

- Tubo interno de 3/4 a 2 1/2” (~1 ,9 a 6,3 cm)

Tabelas dimensões de tubos

- Comprimento efetivo de 12, 15 ou 20 ft (3,6, 4,6 ou 6 m)

- Podem apresentar aletas no exterior do tubo interno

Admite elevada Temperatura e Pressões:

- anel -até 2000 psi (13,8 MPa)

- tubo -até 20.000 psi (138,0 MPa)

Usado para pequenas áreas de troca

PROJETO TÉRMICO

-Correntes de fluidos no duplo tubo: paralelas ou opostas (contracorrente)

- A taxa de transferência de calor se obtém de acordo com a equação:

q = UP A Tml

ext

R

ext

h

1

kL.2

ri

reln.A

int

A

A.R

int

Ah

A

1U

incrust

fe

conv

e

paredecondução

e

incrust

i

efi

conv

ii

e

P

Ae=deL

Coeficientes de transferência de calor convectivos, h

hi – coeficiente interno (correlações)

he: coeficiente externo (seção do anel) :

- Utiliza as mesmas correlações de hi para regimes

transição e turbulento, com o diâmetro equivalente (Deq)

de

)dD(

d4

)dD(4

P

A4Deq

2e

2i

e

2e

2i

molhado

escoamento

k

D.hNu

eqe

- Para regime laminar plenamente desenvolvido na região

anular com uma superfície isotérmica e outra adiabática

(isolada)

k

DhNu

eqii

k

DhNu

eqoo

interno

externo

2

1

21ml

T

Tln

TTT

T

x

Te

Ts

te

ts

x

T

Te

Ts

te

ts

Arranjo de correntes

em contracorrente

Arranjo de correntes

em paralelo

Perda de pressão no duplo-tubo

A pressão disponível para movimentar o fluido através do trocador de calor

será consumida para vencer as perdas por atrito nas tubulações, conexões,

bocais e no trocador de calor

A perda de carga admissível para trocadores de calor em escoamento forçado é

da ordem de 3,5 a 7 m de coluna de água (5 a 10 psi)

Perda no escoamento interno

Perda de pressão no anel, o diâmetro deve ser substituído pelo diâmetro

hidráulico

Dh=Di – de

i

2

i

2

d2

LA

mf

d

L

2

Vfp

anel

h

A

mDRe

Dh2

LAanel

mf

Dh

L

2

Vfp

22

Arranjo série-paralelo de grampos

)teTe(STm

1

1n1

11

1

1

11

1

R

1

P

1

R

1Rln

1R

Rn

P1S

22n

1

22

2

2

2

RP

1R1ln

R1

n

P1S

1 corrente quente em série e n1 correntes frias em paralelo

1 corrente fria em série e n2 correntes quentes em paralelo

ee

es1

tT

tTP

)tt(n

TTR

es1

se1

ee

se2

tT

tTP

)tt(

)TT(nR

es

se22

Te

Ts te

ts

INCRUSTAÇÃO

fefifefitotal,f Rdi

deRR

Ai

AeRR

oincrustaçã_pelaadicional_area

total,fLpalim

sujoRU1

A

A

Coeficiente global de TC limpo, UL (W/m²K)

Per

cen

tag

em d

e au

men

to n

a ár

ea d

evid

o a

incr

ust

ação

Para UL

Para UL

FATOR DE LIMPEZA (CF)

L

P

U

UCF

tot,fLP

RU

1

U

1

CFU

CF1R

Ltot,f

tot,fLRU1

1CF

sujoP UU

Coeficiente de transferência de calor, UL

(W/m²K)

Fator de limpeza, CF

Res

istê

nci

a to

tal

de

incr

ust

ação

Rf

x 1

04

(m²K

/W)

Se UL é baixo, um dado

CF acomoda um Rf,tot

maior

Se UL é alto, um dado

CF não tolera Rf,tot

elevado

ACRÉSCIMO DE ÁREA (OS)

tot,fPpalim

sujaRU1001

A

A100OS

2

L

S

S

L

L

S

L

S

V

V

D

D

f

f

p

p

2

D

Vf2

z

p