Planilha de Trocador de Calor

DIMENSIONAMENTO TROCADOR DE CALOR

FLUIDO FRIO Água Mar FLUIDO QUENTE

1 18

2 36

27

CONSTANTES FLUIDO FRIO (H2O) FLUIDO QUENTE (O2)

906.5162 1.015375

μ (Kg/m.s) 0.000915 0.0000248498

K (W/m.s) 0.611 0.0334761

Cp (W.s/Kg.ºC) 4010 938.23

6.00515548281506 0.69646188934792

Rd1 0.0009 -

Rd2 - 0.0002

Vazão volumétrica(m³/h) 200

VAZÃO F. QUENTE (Kg/h) 196.97

VAZÃO F. FRIO(Kg/h)

8,184.7257

FLUXO DE CALOR FLUIDO QUENTE

8,983.5583

Opções DIÂMETRO NOMINAL (in) DIÂMETRO NOMINAL (m)

TUBO: SCHEDULE 40 1 1/4 0.006350

2 1/2 0.01270

3 3/4 0.019050

4 1 0.025400

CASCO: SCHEDULE 30 5 14 0.355600

6 10 0.254000

Opção desejada para tubos: 1 0.25 0.006350

TENTRADA (ºC) TENTRADA (ºC)

TSAIDA (ºC) TSAIDA (ºC)

TMEDIA - FRIO (ºC) TMEDIA - QUENTE (ºC)

ρ (Kg/m3)

Npr

mO2* Cp*ΔTo2 = mAGUA* Cp*ΔTAGUA

mAGUA (Kg/h) =

q = m* Cp*ΔTO2

qO2 (W) =

C24

Para saber a vazão de água, iguala-se o fluxo de calor perdido pelo O2 ao que será ganho pela água. Essa vazão deve ser reutilizada no processo após ser resfriamento do fluido.

Opção desejada para cascos: 6 10 0.254000

DIÂMETRO EXTERNO (in) 0.790 0.020

0.49017

80.6906

164.6186 165

0.1188 0.011037

0.2979 0.027674

Diametro Equivalente

0.18524 0.0565

Calculo para O2 nos tubos

4.8823

µ = 2.48E-05 0.09

30.4217591204715

COEFICIENTE DE FILME PARA A ÁGUA MAR

0.0906

5069.38

10.8603

COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

U = (h1 * h2) / (h1 + h2)

8.0032

1/U’ = 1/U + Rd1 + Rd2

7.9334

CÁLCULO DA ÁREA

q = U’ * A * ΔT’

22.7482

A = n* π * Dn * L

L (m)= 6.9110

ATUBO = π.r² (in2)

ACASCO = π.r² (in2)

n = ACASCO / ATUBO

A1 (m2)

A2 (m2)

Deq = 4 * [D22 – (π/4 * D1

2 )] / π *D1

COEFICIENTE DE FILME PARA O O2

v = Q(O2) / (A1 * ρ)

h1 = 0,027*(K/D)*((V*D*p)/u)^0,8)*(u*Cp/K)*(u/us)

h1 (W/m.ºC)

v = Q(O2) / (A2 * ρ)

NRe = (G*Deq) / (A2*µ)

h2 = 0,023*(K/Deq)*(NRe )0,8.(NPr)0,4

h2 (W/m.ºC)

U (W/m2.ºC)

U' (W/m2.ºC)

A(m2)=

A41

De acordo com a literatura de Celso de Araújo (Transmissão de Calor – 2ª ed) para achar o diâmetro externo total, soma-se 0,25 in (devido ao passo quadrado) ao diâmetro externo.

D41

m

A44

Numero de tubos dentro da camisa

D44

Quantidade de tubos.

A45

Área de escoamento com os tubos

C45

ft2

A46

Área de escoamento restante para o casco

C46

ft2

A49

Uma vez que a água escoa na camisa é fundamental o calculo do diâmetro equivalente

C49

ft

D49

m

C53

m/s

C55

Kg/m.s

D55

Kg/m.h

C69

Calcula-se do fator de correção para compensar a diminuição na transferência de calor pela formação de um filme sobre a superfície.

1.1518 2.0

Altura = (Dnominal +(1/2)*Dnominal) * n de elementos

Altura = 30 in

Altura = 0.762 m

D80

Numero de elementos aproximado.

DIMENSIONAMENTO TROCADOR DE CALOR

1 200

2 25

112.5

DIMENSÕES AMBIENTE (m)

L 5

C 10

H 4

Área (m²) 50

Volume (m³) 200

49.7787

DIÂMETRO EXTERNO (in) DIÂMETRO INTERNO (in)

0.540 0.364 0.00072

0.840 0.622 0.00211

1.050 0.824 0.00371

1.315 1.049 0.006

14.000 13.250 0.9575

10.750 10.136 0.5603

0.540 0.364 0.00072

O2

ΔTMEDIO

ΔTMEDIO = (ΔTMAX – ΔTMIN) / [ Ln (ΔTMAX / ΔTMIN)]

ΔTMEDIO (ºC) =

ÁREA NA SEÇÃO INTERNA (ft2)

E22

Como o fluido frio (água) sai em temperatura menor que a temperatura de saída do fluído quente (O2), observa-se sistema de corrente-oposta.

10.750 10.136 0.56030

Diametro Equivalente

Calculo para O2 na Camisa

µ =

COEFICIENTE DE FILME PARA A ÁGUA MAR

COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR

CÁLCULO DA ÁREA

L (m)=

Deq = 4 * [D22 – (π/4 * D1

2 )] / π *D1

COEFICIENTE DE FILME PARA O O2

v = Q(O2) / (A2 * ρ)

h1 (W/m.ºC)

v = Q(O2) / (A2 * ρ)

NRe = (G*Deq) / (A2*µ)

h2 (W/m.ºC)

U (W/m2.ºC)

U' (W/m2.ºC)

A(m2)=

G49

Uma vez que a água escoa na camisa é fundamental o calculo do diâmetro equivalente

Altura = (Dnominal +(1/2)*Dnominal) * n de elementos

Altura = 30 in

Altura = 0.762 m

Calculo do R e S passo quadrado

R = (T1 - T2) / (t2 - t1) 0.0260858

R= 9.7222 At=MLDT*F

S = (t2 - t1) / (T1 - t1)

S= 0.1029

F=

0.18524 0.0565

1.9472

2.48E-05 0.09

11.8562978675992

0.227237338411166

5069.38

30.5580

U = (h1 * h2) / (h1 + h2)

8.5420

1/U’ = 1/U + Rd1 + Rd2

8.4625

q = U’ * A * ΔT’

21.3258

A = n* π * Dn * L

6.4788

h1 = 0,027*(K/Deq)*((V*Deq*p)/u)^0,8)*(u*Cp/K)*(u/us)

h2 = 0,023*(K/D)*(NRe )0,8.(NPr)0,4

I49

ft

J49

m

I53

m/s

I55

Kg/m.s

J55

Kg/m.h

I69

Calcula-se do fator de correção para compensar a diminuição na transferência de calor pela formação de um filme sobre a superfície.

1.0798 2.0

J80

Numero de elementos aproximado.

1 20

50

100

150

200

250

200

2518

36

Trocador Paralelo

Entrada-Saída

Tem

per

atu

ra (

ºC)

1 20

50

100

150

200

250

200

3625

18

Trocador Contracorrente

Entrada-Saída

Tem

per

atu

ra

Análise Comparativa

Para O2 nos tubos

Diâmetro Tubo (Schedule 40)(in) Diâmetro Casco (Schedule 30)(in) 1/4 14 19.87 7.06 1/2 14 13.16 9.78 3/4 14 10.73 11.79

1 14 9.45 14.70

1/4 10 30.42 10.86 1/2 10 20.33 14.89 3/4 10 16.44 18.18

1 10 14.54 22.44

Para O2 na Camisa

Diâmetro Tubo (Schedule 40)(in) Diâmetro Casco (Schedule 30)(in) 1/2 14 7.70 19.85 1/8 14 10.67 11.71 1/4 14 12.88 8.62

1 14 16.05 6.00

1/2 10 11.86 30.56 1/8 10 16.25 17.84 1/4 10 19.85 13.28

1 10 24.5 9.17

compativelnão compativel

aço inox 316aço 310

h1 (W/m.ºC) h2 (W/m.ºC)

h1 (W/m.ºC) h2 (W/m.ºC)

Δh (W/m.ºC) Nº Tubos P. Quadrado Nº Elementos Eficiencia Altura Final (m) Área12.81 281 0.026 2 35.53% 1.06 34.853.38 148 0.035 1 74.32% 0.53 32.331.06 104 0.04 1 109.88% 0.53 32.315.25 72 0.05 1 155.56% 0.53 31.57

19.56 165 0.026 2 35.70% 0.76 22.755.44 86 0.035 2 73.24% 0.76 21.21.74 61 0.04 1 110.58% 0.38 21.17.90 42 0.05 2 154.33% 0.76 20.65

Δh (W/m.ºC) Nº Tubos P. Quadrado Nº Elementos Eficiencia Altura Final (m) Área12.15 281 0.026 1 257.79% 0.53 32.711.04 148 0.035 1 109.75% 0.53 32.514.26 104 0.04 1 66.93% 0.53 35.14

10.05 72 0.05 2 37.38% 1.07 41.470.00

18.70 165 0.026 2 257.67% 0.76 21.31.59 86 0.035 2 109.78% 0.76 21.426.57 61 0.04 2 66.90% 0.76 22.87

15.33 42 0.05 2 37.43% 0.76 27.25

I4

.: Eficiência relativa a divisão dos h2/h1

I19

.: Eficiência relativa a divisão dos h2/h1

Dimençõescompativelcompativelcompativelcompativel

compativelcompativelcompativelcompativel

não compativelcompativelcompativelcompativelcompativel

compativelcompativelcompativelcompativel

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