Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA – DEQ CURSO – ENGENHARIA QUÍMICA – EQ PROJETO DE TROCADOR DE CALOR ALAN CHRISTIAN FERREIRA DA SILVA – 21350743 EVANDRO DA SILVA SOARES JÚNIOR – 21457133 FRANCINARA RODRIGUES - 21457690 KALYNA ANDRADE – 21353300 SABRINA OLIVEIRA SOUZA - 21353299 MANAUS (AMAZONAS) 2017/2 2 1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS Trocadores de calor são dispositivos que permitem a troca de calor entre dois fluidos que estão a diferentes temperaturas. Na indústria petrolífera, são utilizados para a quebra de emulsões entre o petróleo e água, resfriamento de gases advindos de um processo de compressão, condensação e aquecimento de mistura em uma torre de destilação (SILVA et al 2011, apud SANT’ANNA, 2005). Os mais comuns são os trocadores de calor em que um fluido se encontra separado do outro por meio de uma parede, através da qual o calor se escoa, estes tipos de trocadores são chamados recuperadores. Existem várias formas destes equipamentos, variando do simples tubo dentro de outro, até os condensadores e evaporadores de superfície complexa. Entre estes extremos, existe um vasto conjunto de trocadores de calor comuns tubulares. Essas unidades são largamente utilizadas, devido à possibilidade de serem construídas com grande superfície de transferência, em um volume relativamente pequeno, além de possibilitar a fabricação com ligas metálicas resistentes à corrosão e, são apropriados para o aquecimento, resfriamento, evaporação ou condensação de qualquer fluido (GANGHIS, 2008). A eficiência de um trocador está relacionada à higiene dos tubos, pois durante o processo operacional há deposição de diversos tipos de detritos e incrustação que por sua vez prejudicam as trocas de calor bem como queda na pressão do fluido (SILVA et al 2011, apud REIS, 2002). 3 2. Desenvolvimento da Questão Óleo em um motor está sendo resfriado por ar em um trocador com fluxo cruzado no qual ambos os fluidos são misturados. O óleo (��� = 2.047 �/��. �) fluindo a uma taxa de escoamento de 0,026 ��/� entra no trocador de calor a 75 °�, enquanto o ar (��� = 1.007 �/��. �) entra a 30 °� com vazão de 0,21 ��/� . O coeficiente global de transferência de calor do trocador de calor é 53 �/��. �, e a área total da superfície é 1��. Determine (a) a efetividade da transferência de calor e (b) a temperatura de saída do óleo. Solução: (a) O método da efetividade “NUT”, é utilizado quando mais de uma temperatura de entrada ou saída é desconhecida. Neste método, primeiro determinamos as taxas de capacidade de calor dos fluidos quente e frio e identificamos a menor: �� = ����� = (0,026 ��/�)(2.047 �/��. �) = 53,222 �/� �� = ����� = �0,21 �� � � �1.007 � �� . �� = 211,47 �/� Logo: ���� = �� = 53,222 �/� que é a menor das duas taxas de capacidade térmica e: ��á� = �� = 211,47 �/� Em seguida, calcula-se a razão entre as taxas de capacidades térmica encontradas, representada pelo número adimensional “c”: � = ����/��á� = 53,222/211,47 = 0,2517 4 O NUT (número de unidades de transferência) é definido pela relação entre o coeficiente global de transferência de calor “�”, a área de troca térmica “�” e a capacidade calorifica mínima “����”: ��� = �� ���� = (53 � 1)/(53,222) = 0,995829 A efetividade desse trocador de calor de fluxo cruzado de óleo não misturado e ar misturado é determinada pela seguinte equação segundo (ÇENGEL, A., Y., GHAJAR, J., A.): � = � � (1 − ���(−�[1 − ���(−���)])) � = � �,���� (1 − ���(−0,252[1 − ���(−0,995829)])) � = 0,583086 (b) A taxa máxima de transferência de calor é determinada por: �̇�á� = ����(��,���– ��,���) = (53,222�/�)(75 − 30)°� = 2.394,99 � A taxa real pode ser calculada pela relação entre a efetividade e a taxa máxima de transferência. Tem-se: �̇ = � . �̇�á� = (0,583086)(2.394,99 �) = 1396,5 � Assim, a temperatura de saída do óleo (��,���) pode ser encontrada: ��,��� = � �,��� − � �� = 75°� – � ����,� ��,��� � = 48,76 °� Portanto, a temperatura do óleo diminuirá de 75°� para 48,76 °� neste trocador de calor. 5 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS Os trocadores de calor são dispositivos que permitem a troca de calor entre dois fluidos sem que seja permitida a mistura entre eles. A transferência de calor em um trocador geralmente envolve convecção em cada fluido e condução através da parede que separa os dois fluidos. O método da efetividade-NTU é o mais adequado para prever as temperaturas de saída dos fluidos quente e frio em determinado trocador de calor. Com isso podemos concluir que o projeto de um trocador de calor depende de vários fatores, como a taxa de transferência de calor, custos, queda de pressão, tamanho, tipo de construção, material e ambiente de operação. 6 4. REFERÊNCIAS ÇENGEL, A., Y., GHAJAR, J., A., Transferência de calor e massa: Uma abordagem prática. Bockman, 4 ed. 2012. Pag. 598 a 605. INCROPERA, P., F., DEWITT, P., D., BERGMAN, L., T., LAVINE, S., A., Fundamentos de Transferência de Calor e Massa. Gen, LTC. 7 ed. 2005. SILVA, A., B., J., ABRAMTES,A., H., VILELA, A., GAMA, S., B., Trocadores de Calor na Indústria de Petróleo. 2011. Disponível em: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAetHoAB/trocadores-calor-na-industria- petroleo-gas.pdf. Acessado em 02/12/2017. GANGHIS, D., Apostila: Trocador de Calor. Centro Federal e Educação Tecnológica – BA. 2008. disponível em: www.ifba.edu.br/...Transferência%20de%20Calor/Apostila%20de%20Trocadore s%20.pdf. Acessado em 02/12/2017.
Compartilhar