1. SISTEMA INTEGRADO DE INFORMAÇÕES LOGÍSTICAS – SILOG CLASSE II - Esc Log e OP.
SLIDE OP II
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OPERAÇÕESOPERAÇÕES
UNITÁRIAS IIUNITÁRIAS II
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI
DEP. DE ENGENHARIA QUÍMICA E ESTATÍSTICA
PROF.: Alexandre Bôscaro França
TROCADORES DE CALOR:
TUBOS CONCÊNTRICOS
CASCO E TUBO
1. Um passe no tubo e um passe no casco
2. Dois passes no tubo e um passe no casco
COMPACTOS
1. Tubos aletados
PLACAS PLANAS
2. Correntes cruzadas
PARTES DE UM TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBOS:
TABELA DE EFICIÊNCIA DE UMA ALETA:
Em uma caldeira flamotubular, produtos de combustão quentes, escoando
através de uma matriz de tubos com paredes finas, são utilizados para ferver
água escoando sobre os tubos. Quando da instalação, o coeficiente global de
transferência de calor era igual a 400 W/(m2K). Após um ano de uso, há
deposição sobre as superfícies interna e externa dos tubos, correspondendo a
fatores de deposição de e , respectivamente.
A caldeira deveria ser parada para serviços de limpeza das superfícies dos
tubos?
WKmR id /0015.0" 2
, WKmR ed /0005.0" 2
,
EXEMPLO 1:
ANÁLISE DE TROCADORES DE CALOR:
• MÉDIA LOGARÍTMICA DAS DIFERENÇAS DE TEMPERATURA
1. Trocador de calor com escoamento paralelo
Um trocador de calor bitubular com configuração de correntes paralelas é
utilizado para resfriar óleo lubrificante de um grande motor de turbina a gás. O
óleo deve ser resfriado de 100 para 60 ºC. A temperatura de entrada da água é
de 30 ºC. O coeficiente de troca térmica, é estimado em . Qual a
área necessária para realizar esta troca térmica?
EXEMPLO 02:
KmWU 2/1.38
skgm OH
o
/2.02
skgmoleoo
/2.0
Kkg
kJc OpH 178.4
2
Kkg
kJcpOleo 131.2
2. Trocador de calor com escoamento contracorrente
3. Trocador de calor com condições operacionais especiais
MÉTODO GRÁFICO PARA CORREÇÃO
DA DTml:
Determinar a área de troca de calor requerida para um trocador de calor
construído de tubos de 25 mm de diâmetro externo, para resfriar 25000 kg/h de
uma solução a 95% de álcool etílico de 65 para 40 ºC, usando 22700 kg/h de
água disponível a 10 ºC. Dado .
a) Carcaça e tubos em correntes paralelas.
b) Carcaça e tubos em contracorrente.
c) Contacorrente com passes na carcaça e 72 nos tubos com alcool escoando
na carcaça e água nos tubos.
d) Correntes cruzadas, com um passe na carcaça e nos tubos, fluido misturado
no lado da carcaça com alcool escoando na carcaça e água nos tubos.
EXEMPLO 03:
KmWU 2/570
Kkg
kcalc OpH 00.1
2
Kkg
kcalcpAlcool 91.0
RELAÇÕES DE EFETIVIDADE (e) PARA
TROCADORES DE CALOR:
RELAÇÕES DO NUT DE TROCADORES
DE CALOR:
MÉTODO GRÁFICO PARA EFETIVIDADE
E NUT APLICADO A TROCADORES DE
CALOR:
EXEMPLO 04: Um trocador de calor casco e tubos deve ser projetado para
aquecer 2.5 kg/s de água de 15 para 85ºC. O aquecimento deve ser obtido pela
passagem de óleo motor quente, que está disponível a 160ºC, pelo lado do
casco do trocador. Sabe-se que o óleo proporciona um coeficiente convectivo
médio, he , de 400 W/(m2.K) no lado externo dos tubos. A água é dividida em 10
tubos que atravessam o casco. Cada tubo possui parede delgada e diâmetro,
D, de 25 mm, e faz oito passes no casco. Se o óleo deixa o trocador a 100ºC,
qual a sua vazão? Qual o comprimento que os tubos devem ter para que o
aquecimento desejado seja atingido?.
CÁLCULO DO COEFICIENTE CONVECTIVO
DE TROCA TÉRMICA EM TROCADORES DE
CALOR COMPACTOS:• TUBOS ARRANJADOS EM PARALELO
• TUBOS ARRANJADOS EM QUINCÔNCIO OU ALTERNADOS
• CONSTANTES C1 E m DA RELAÇÃO DE GRIMISON PARA
TROCADORES DE CALOR COMPACTOS:
• FATOR DE CORREÇÃO C2 DA RELAÇÃO DE GRIMSON PARA
TROCADORES COM MENOS DE 10 FILEIRAS DE TUBOS:
• FATOR DE CORREÇÃO C2 DA RELAÇÃO DE ZUKAUSKAS PARA
TROCADORES COM MENOS DE 10 FILEIRAS DE TUBOS:
• CONSTANTES C E m DA RELAÇÃO DE ZUKAUSKAS PARA
TROCADORES DE CALOR COMPACTOS:
EVAPORADORES:
TIPOS DE EVAPORADORES:
S = vapor aquecimento
F = alimentação (carga)
C = condensado do vapor de aquecimento
G = respiradouro
P = produto
V = vapor produzido
EVAPORADORES DE CIRCULAÇÃO FORÇADA
a) Circulação forçada
b) Tubo submerso com circulação forçada
c) Cristalizador tipo Oslo
S = vapor aquecimento
F = alimentação (carga)
C = condensado do vapor de aquecimento
G = respiradouro
P = produto
V = vapor produzido
EVAPORADORES DE TUBO CURTO VERTICAL
d) Tubo curto vertical
e) Calandra propelente
S = vapor aquecimento
F = alimentação (carga)
C = condensado do vapor de aquecimento
G = respiradouro
P = produto
V = vapor produzido
EVAPORADORES DE TUBO LONGO VERTICAL
(g) (h)
f) Tubo longo vertical
g) Tubo longo vertical com recirculação
h) Filme descendente
S = vapor aquecimento
F = alimentação (carga)
C = condensado do vapor de aquecimento
G = respiradouro
P = produto
V = vapor produzido
EVAPORADORES DE TUBO HORIZONTAL
(i)
d) Evaporador de tubo horizontal
e) Evaporador de tubo horizontal com recirculação
EVAPORADORES DE COMBUSTÃO SUBMESA
AUMENTO DA TEMPERATURA DE EBULIÇÃO
DAS SOLUÇÕES (EPE):
EXEMPLO 05: Determinar a área de aquecimento necessária para produção de
10000 kg/h de solução de solução de Glicose a 50 % a partir de uma solução de
glicose 10 %, na temperatura inicial de 27 ºC. A evaporação será realizada em um
evaporador de tubos curtos, que tem, conforme se espera, um coeficiente global de
2,7 kW/(m2K). O vapor de água está saturado a 341,0 kPa e 410 K, e o equipamento
pode ser operado em um vácuo de 68,94 kPa à pressão barométrica de 101,35 kPa.
A 32,41 kPa a temperatura de ebulição da água é de 344 K. Considere que a fração
de 10% em massa de açúcar eleve a temperatura de ebulição em 10 K
kg
kJ0,2150SlvH
kg
kJ0,2647Vvh
kg
kJ55,105Flh
kg
kJ99,217Plh
DADOS (nas condições encontradas no
sistema):
;
;
EVAPORADORES A MULTIPLO EFEITO:
• ALIMENTAÇÃO DIRETA
• ALIMENTAÇÃO INVERSA
• ALIMENTAÇÃO MISTA
• ÚNICO EFEITO • DUPLO EFEITO
ELEVAÇÃO NO PONTO DE EBULIÇÃO POR EFEITO:
Temperatura de
entrada de vapor
Temperatura de ebulição
do do solvente puro no
1º efeito
Temperatura de ebulição
do solvente puro no 2º
efeito
Temperatura de ebulição
do solvente puro