Aula21 TrocadoresCT HTRI

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Terças e Quintas de 8:00 às 10:00 hs 
prof. Tania S. Klein 
tania@eq.ufrj.br 
Lab CFD 
 
Aula 21 
Trocadores de Calor Casco e Tubo e HTRI 
 Partes principais 
 Feixe de Tubos 
 Chicanas 
 Limpeza e Manutenção 
 Boas práticas para alocação do fluido no tubo 
 Nomenclatura dos Casco e Tubo 
 Tipo de Cabeçote Dianteiro 
 Tipo de Casco 
 Tipo de Cabeçote Traseiro 
 HTRI 
2 
Trocador Casco e Tubo 
3 
Partes Principais 
 
 
4 
Feixe de Tubos 
5 
Suporte 
Anti-Vibração 
Divisor de Passes 
Feixe de Tubos 
6 
Feixe de Tubos 
7 
Feixe de Tubos 
8 
Tipos de Feixe de Tubos 
9 
Tipos de Feixe de Tubos 
10 
Tipos de Feixe de Tubos 
11 
Tipos de Feixe de Tubos 
12 
Chicanas 
13 
Chicanas 
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Limpeza e Manutenção 
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Fluido no Tubo 
 
 
Prioridades para alocação do fluido nos tubos: 
 
• Água de resfriamento; 
• Fluido corrosivo ou fluido com alta tendência de incrustação; 
• Fluido menos viscoso; 
• Fluido de temperatura e pressão mais elevadas; 
• Fluido de menor vazão; 
• Vapores de água condensando; 
• Se a diferença entre as temperaturas de entrada e saída de um 
fluido for muito elevada (maior que 15oC), este deve ir para o 
casco, se houver mais de um passe no lado dos tubos. 
 
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Velocidades de Escoamento 
 
 
Recomendações: 
• Velocidades de tubo para líquido entre 0.90 e 1.80 m/s. 
• Velocidades para água de torre entre 1.8 e 2.5 m/s. 
• Velocidades de líquido no casco entre 0.6 e 1.5 m/s. 
• Velocidades de vapor entre 6 e 75 m/s dependendo da 
pressão e do peso molecular. 
 
 
 
 
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Nomenclatura dos Casco e Tubo 
 
 
Os trocadores de calor casco e tubo 
são classificados por 3 letras que 
indicam: 
1ª letra: o tipo de cabeçote dianteiro; 
2ª letra: o tipo de casco e; 
3ª letra: o tipo de cabeçote traseiro. 
 
Tipo Espelho Fixo 
Tipo Espelho Flutuante Essas letras são tabeladas 
pela norma TEMA (Tubular 
Exchanger Manufacturers 
Association), conforme 
tabela a seguir. 
BEM 
AES 
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Tipos de Cabeçote Dianteiro 
 
 
Permite limpeza dos tubos 
sem remover as tubulações 
conectadas ao trocador; 
(mais caro que o tipo B) 
Para ter acesso ao espelho, 
tem-se que remover as 
tubulações conectadas. 
Usado para fluidos limpos 
no lado dos tubos 
Podem ser usados com feixe 
removível, mas não é muito 
usado devido à dificuldades 
de manutenção 
Apenas para 
trocadores de 
espelho fixo e 
não permite 
acesso ao 
espelho 
Usado para 
pressões na 
ordem de 70 
kg/cm2 
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Tipos de Casco 
 
 
Mais comum, bocais podem 
estar do mesmo lado ou não 
Permite escoamento contra-
corrente – casco com 2 
passes; perda de pressão 
max no casco menor que 
0,7 kg/cm2; ∆Tcasco<195
oC; 
outras limitações 
Para fluidos com mudança de 
fase 
Para fluidos com mudança de 
fase e que precisa de baixa 
perda de carga no casco 
Atua como evaporador 
vaporização total no casco 
Para fluidos com mudança de 
fase 
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Tipos de Cabeçote Traseiro 
Similar ao tipo A, usado para 
trocadores com espelho fixo 
Similar ao tipo B, usado para 
trocadores com espelho fixo 
Igual ao tipo N e usado para 
trocadores com espelho fixo 
 
Cabeçote flutuante. Caixa de 
gaxetas externa  pode haver 
vazamento do fluido do casco 
e tem limite de pressão e 
temperatura 
Cabeçote flutuante  pode 
haver vazamento para os 2 
fluidos 
Cabeçote flutuante preso 
diretamente no espelho, 
menor eficiência térmica 
devido a necessidade de feixe 
muito grande 
Cabeçote flutuante com anel 
bipartido  mais utilizado 
21 
HTRI 
Software para projeto de trocadores. Três ferramentas: 
• Design  fornece como se fosse uma estimativa inicial para o 
projeto, dadas as condições de projeto; 
• Rating  pode-se manualmente ajustar as configurações do 
trocador para otimizar troca térmica 
• Simulation  simula o desempenho de um trocador para as 
condições do serviço especificadas. 
 
Parâmetros de projeto: 
• Corte e espaçamento entre chicanas  ajustar velocidades 
“cross-flow” e “window” para que sejam próximas 
• Maximizar a corrente B e reduzir as demais 
• Overdesign em torno de 10% 
 
 
 
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HTRI 
Correntes de Fuga: 
 
 
 
 
 
 
A  Corrente entre o diâmetro externo dos tubos e as chicanas 
B  Corrente principal – passa pelo feixe de tubos, contornando as chicanas 
C  by pass do feixe  corrente entre o feixe e o casco 
E  entre o casco e as chicanas 
F  corrente na divisória de passes 
 
 
 
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HTRI – Caso Exemplo 
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Projetar um trocador de calor casco e tubo para aquecer 50.000kg/h de óleo a 
200kPa de 95oC a 120oC, com ∆Pmax de 1bar, considerando fator de incrustação de 
0,0009 m2K/W. Para isso, tem-se disponível 20.000kg/h de água quente 
pressurizada a 1500kPa e 180oC, considerando fator de incrustação de 0,0001 
m2K/W. Os tubos devem ter até 6,096m de comprimento, 19,05mm de diâmetro 
externo e 1,651mm de espessura, com pitch de 25mm. 
 
Propriedades físicas do óleo: 
 
 
 
 
 
 
 
 
Decidir: Qual fluido vai no casco e qual vai no tubo? Isso determina o trocador. 
 
a) Cumeno nos tubos e água no casco  AEM ou AES com arranjo 30oC 
b) Água nos tubos e cumeno no casco  BEU com arranjo 90oC 
 
 
HTRI – Tela Inicial 
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HTRI – Modo Design 
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HTRI – Modo Design – Dados Gerais 
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HTRI – Propriedades Físicas – Substância Tabelada 
28 
HTRI – Propriedades Físicas – Substância Tabelada 
29 
30 
HTRI – Propriedades Físicas – Substância Tabelada 
31 
1500 
180 
? Ex. 130 
HTRI – Propriedades Físicas – Substância Tabelada 
32 
HTRI – Propriedades Físicas – Substância Tabelada 
33 
HTRI – Propriedades Físicas – Folha de Dados 
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HTRI – Propriedades Físicas – Folha de Dados 
35 
HTRI – Propriedades Físicas – Folha de Dados 
36 
HTRI – Propriedades Físicas – Folha de Dados 
37 
HTRI – Propriedades Físicas – Folha de Dados 
HTRI – Modo Design – Resultados BEU 
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HTRI – Modo Design – Resultados AES 
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HTRI – Modo Rating – BEU 
40 
HTRI – Modo Rating – BEU – Resultados 
41 
HTRI – Modo Rating – Resultados – Mensagens 
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HTRI – Modo Rating – Resultados – Vibração 
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HTRI – Modo Rating – Resultados 
44 
HTRI – Modo Rating – Resultados 
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HTRI – Modo Simulation 
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HTRI – Modo Simulation - Resultados 
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