OP2_04_Metodo Bell Delaware

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Trocadores de Calor 
Profa. Dra. Lorena Oliveira Pires 
Engenharia Química 
Instituto de Química 
Unesp - Araraquara 
 
Método Bell-Delaware 
 
• K.J. BELL em 
• Heat Exchangers – Thermal-Hydraulic Fundamentals and Design 
• Autores: S. Kakaç, A.E. Bergles & F. Mayinger 
• Aborda a transferência de calor e perda de carga, sem mudança de fase, 
para o LADO CASCO. 
 
• DESENVOLVIMENTO HISTÓRICO 
• 1947 a 1963 – DEQ/Universidade de Delaware → pesquisa em 
escoamento de fluidos e transferência de calor no lado casco de 
trocadores de calor casco e tubos. Patrocinaram ASME, TEMA, 
API, duPONT, STANDARD OIL, etc 
• Início → transferência de calor e perda de carga através de feixe de 
tubos ideal 
• Posteriormente → introduzidas características de trocadores reais 
• Diferentes cortes e espaçamentos das chicanas, 
• Vazamentos chicana/casco, chicana/tubos, 
• Bypass ao redor do feixe e 
• Efeito das tiras selantes 
• Método desenvolvido originalmente para cascos tipo E (TEMA) 
• Uma passagem no casco 
 
Mecanismo Simplificado – Escoamento Lado Casco 
• Proposto por Tinker e modificado por Palen e Taborek 
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Corrente B 
• Corrente cruzada 
• Flui por uma janela, atravessa a seção de fluxo cruzado e sai pela outra 
janela. 
• É a corrente desejada no lado casco. 
• Devido às aberturas mecânicas necessárias para a construção do 
trocador aparecem outras quatro correntes. 
 
Correntes 
• Corrente A 
• Vazamento entre os tubos do feixe e a chicana. 
• Corrente C 
• Desvio do feixe, flui ao redor do feixe, entre os tubos externos do 
feixe e o casco. 
• Corrente E 
• Vazamento entre as chicanas e o casco. 
• Corrente F 
• Qualquer canal existente dentro do feixe, devido aos divisores de 
passagens (no carretel) do lado tubo (para trocadores com mais de 
2 passes no tubo). 
 
Corrente F 
• Vazios no feixe causados pelas divisões nos carretéis ou centro do feixe 
em U, por onde poderia escoar a corrente F. 
 
Correntes 
• No método Delaware a corrente B é considerada a essencial, com as 
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outras exercendo efeitos que modificam o desempenho do trocador 
previsto pela corrente B. 
• As correntes de vazamento ou bypass afetam a transferência de calor: 
 
• Reduzem a corrente B → reduzem h 
• Alteram o perfil de temperatura no lado casco 
• O método considera estes dois efeitos em conjunto. 
• As correntes têm efeitos, grandezas e importâncias diferenciadas: 
• Corrente A → Embora seja um vazamento, ainda contribui para a troca 
de calor, pois está em contato com os tubos. 
• Efeito pequeno no h e P. 
• Corrente C → Parte está em contato com os tubos externos, tendo uma 
contribuição pequena para a troca de calor. 
• Efeito relativamente grande no h e P 
• Pode ser reduzida com tiras selantes 
 
Tiras Selantes 
Correntes 
•Corrente E → Escoa paralelamente aos tubos e às tiras selantes. 
• Bypassa totalmente o feixe e tende a distorcer o perfil de 
temperatura assumido na MLDT, reduzindo a diferença de 
temperatura. 
• Efeito extremamente sério, e é difícil evitá-la. 
• Corrente F → 
• A corrente F pode ser evitada colocando-se nos “vazios” do feixe, 
tubos mortos ou os próprios espaçadores das chicanas. 
• Efeito moderado, pode ser reduzida. 
 
Espaçadores de chicanas 
 
Correntes 
• Palen e Taborek calcularam a fração de cada corrente utilizando um 
grande conjunto de dados obtidos com testes de trocadores. 
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Fração Típica das Correntes
Corrente Designação Turbulento Laminar
Tubo-Chicana A 0,09 – 0,23 0,00 – 0,10
Cruzada B 0,30 – 0,65 0,10 – 0,50
Feixe-Casco C 0,15 – 0,35 0,30 – 0,80
Chicana-Casco E 0,06 – 0,21 0,06 – 0,48
Divisória passes F  ao modelo de Tinker
 
 
Estrutura Básica do Método 
• Transferência de calor e perda de carga SEM MUDANÇA DE FASE do 
Lado Casco 
• O coeficiente de transferência de calor (h) e a perda de carga na seção 
de escoamento cruzado e na janela da chicana são calculados para um 
feixe de tubos ideal. 
 
Coeficiente de transferência de calor – h 
• Estes valores são multiplicados por fatores de correção, determinados 
experimentalmente, para considerar os vazamentos devidos às 
correntes A, C e E e outros desvios da idealidade. 
• Estes fatores dependem da geometria e aberturas inerentes à 
construção do trocador. 
• Transferência de Calor no lado casco 
srblc JJJJJhh .....ideal= 
• hideal 
• Coeficiente de transferência de calor para escoamento cruzado em 
um feixe de tubos ideal 
• Assume que toda a corrente escoa perpendicularmente a um feixe 
de tubos ideal formado pelo arranjo de tubos da linha de centro do 
trocador 
• Jc 
• Fator de correção para o corte e espaçamento das chicanas 
• Considera a transferência de calor na janela. 
• É função da fração dos tubos que estão em escoamento cruzado 
(Fc). 
 
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• Jl 
• Fator de correção para os efeitos dos vazamentos casco-chicana e 
chicana- tubos (correntes A e E). 
• É função das áreas de vazamento e da área de escoamento 
cruzado. 
• Valor típico: Jl  0,7 a 0,8 
 
• Jb 
• Fator de correção devido ao bypass ao feixe. Considera os 
diferentes tipos de trocadores de calor casco e tubos. 
• Trocadores de calor de espelho fixo → folga entre envoltória do 
feixe e o casco é pequena → Jb  0,9 
• Trocadores de calor com cabeçote flutuante → folga entre 
envoltória do feixe e o casco é maior → Jb  0,7 
• Jb considera também os efeitos das tiras selantes que diminuem o 
bypass 
• Jr 
• Fator de correção para o gradiente adverso de temperatura em 
escoamento laminar → h diminui como aumento da distância a 
partir do começo do aquecimento. 
• Para Re > 100 → Jr = 1,0 
 
• Js 
• Fator de correção para o espaçamento diferente das chicanas nas 
seções de entrada e saída do trocador. Devido ao tamanho e 
posição dos bocais a 1ª e última chicana podem ter um 
espaçamento diferente das demais. 
• Js → 0,85 a 1,0 
 
• PARA UM TROCADOR DE CALOR BEM PROJETADO O EFEITO 
COMBINADO DE TODOS OS FATORES > 0,6. 
 
Perda de Carga do lado Casco 
• O método considera as perdas nas seguintes seções: 
• Perda de carga nas seções de entrada e saída – Pe 
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• Perda de carga nas seções de escoamento cruzado – Pc 
• Perda de carga nas janelas – Pw 
1 1
2 2 2 2
3 3 3
3 3
wces PPPP ++=
 
• Para isso serão necessários os cálculos de: 
• Pbi 
• Perda de carga em uma seção de escoamento cruzado sem 
vazamento ou bypass. 
• Pwi 
• Perda de carga em uma seção da janela sem vazamento ou 
bypass. 
• Para a perda de carga só há 3 fatores de correção correspondentes aos 
J e dependentes dos mesmos fatores: 
• Rl 
• Fator de correção para os efeitos dos vazamentos casco-chicana e 
chicana- tubos. Depende das mesmas áreas de “vazamentos” do 
Jl. 
• Valor típico: Rl  0,4 a 0,5 
• Rb 
• Fator de correção devido ao bypass do feixe. Considera os 
diferentes tipos de trocadores de calor casco e tubos. 
• Valor típico: Rb  0,5 a 0,8 
 
• Rs 
• Fator de correção para o espaçamento diferente das chicanas nas 
seções de entrada e saída do trocador; 
• Pode ser maior que 1 
• Não há os fatores correspondentes a Jc e Jr 
• Jr → Efeito térmico apenas 
• Jc → Não tem correspondente pois a perda de carga é calculada 
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na janela e na seção de escoamento cruzado 
 
Método Bell-Delaware 
• Para o lado casco é preciso que sejam definidas as características das 
chicanas 
• Tipo; Corte; Espaçamento 
• Para o espaçamento das chicanas (ls) o TEMA define: 
• Espaçamento mínimo: chicanas segmentares devem ter 
espaçamento menor que 1/5 do diâmetro interno do casco OU 2 in, 
aquele que for maior. 
• Espaçamento máximo: comprimento de tubo não suportado 
(Tabela) 
• Uniformemente espaçadas ocupando o efetivo comprimento do 
tubo. 
• Quando isso não é possível, as chicanas mais próximas das 
extremidades do casco e/ou dos espelhos serão localizadas 
tão próximo quanto possível (prático) dos bocais do casco. As 
chicanas restantes serão espaçadas uniformemente. 
 
• Cálculo dos coeficientes de transmissãode calor por convecção para o 
lado tubo 
• KERN 
• Cálculo dos coeficientes de transmissão de calor por convecção para o 
lado casco 
• Bell-Delaware 
srblc JJJJJhh .....ideal=