Apostila trocadores de calor

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FACULDADES OSWALDO CRUZ
ENGENHARIA QuÍrulcA
PLANEJAMENTO E PROJETO NA
lmoÚsrRlA ouÍnalcA
PRoJEro rÉnMlco r rurcÂNlco
DE TROCADORES DE CALOR
201 6
Ír»rcn
PRO.IETO DE TROC,{I}GR§§}E CÀLüR B§, CÀ§CO § TU§OS.
DEscRrÇÃo çnn*:-rrrp{}§ r)§ TBocAnoR§§ IIE cÀr'üBpnorrrbrÉnnmco *-ã.Í-
§TÀ?A§NATAOTETOÜETROCÀI}OR§§I}ECALSR
D§ câLCIs.
I. rNTRoDllÇÃo ]
o projeto de u:mtrcçadsr dç çator de çasco etub+s exige um çonheçimento
de.talhado dos tipos d-;q'tdp-*** *ispo*íveis {$o do.fonlt de vi§e térmico cs-mo
me.cfuiies, istoé o* *or,*rà"i**oto" sobre'os meea§ísmos ee tran*porte de cdol 
e de rnassa
;;iJJ;"d." tubss;ds case,ot pnincipafmente cowesção fsrçâdâ) devem set bçm
conhecidos assim **o o"*.tún* oã *imensionâÍEent* do nú$erç de.tubos e do diârnetro
do ççsco, assCIçisdo;;ã*fnAo**u uSi**l** deperdade ÊEÍgÊumavezque-rmtuocador
e.stábseride or* prã**ú indu*Uial ç Êsm timitaçõe* $I*§to aô escoamento doe Íluidos'
Ennborcexisfanc r*i*-*gtúo*parô*fu*§§§io*úeotO-Ou§ocador*s de calor' adonarems§
ÍlestÇ o.lrsa o mgto*o-trieá cqios fimdanentos jâ foram â.pÍs§eütadss €Ín TCM'
Abot6oremos ta:nb$nneste ʧÍ$o aspo*tos impaniar*es fu projeto ruec&rico de
trocad*rer {e câíor n§rrnalizadss pelas §Ôfina*c:
- À§ME * §ecção Ylrlpara o pnojeto do casco e
- TEMA ( iuUutar Exchanger iltanugçturers As**ciation) para o projets dss
tubos Ê tip§ de casco a ser esçolhid§'
. De um modo geral um troeadsr de $â1*r tip* carc.* e tr&os s§n§te de um feixe de
tübospnronêe sircillãu$ tlosÍlrrídsg dsu§ ouu* ellvslveÍrdo o feixe det§bes epor onde
cirçula o sutr§ flt íds; Çabú** de entada, saída e IetOIÍo oas extre'Erid8dÊs do çascs' O
n{rmero depassagens dotluíbopelostnbos ep'locasctnode sÊf,maioÍ +reumenestç §a§o
defini*se:
Trqçadçr t2 * uma pa*sagem peto easeo ç duas Belos tu'bo*( 1r§lâ $n eada seatido)
Trsçadot 2:4 
- 
duas passagens pelo casco e ryratro pelos tr$os.
IL FEI}(E DE T{IBO§"
Um feixe de tubos cqastebasicamente de um conjunfiC de tBbos presos por §w§
extrçmidade+ 
" 
duas;l-*- çtranradas de espalho{ r:er.Íig- l-à e Sg. {:ts), Prya evitar que
üilii;.ã" Ao* t** * tambsm pare pÍsyero* *a*sitt*pc'dn rçsidênçia do fluido do
Êâsco e uÍÍIa fitaloÍ t rrUtgo*iu ótocu*+* no feixe, de espaço frÍI espelo pl":* de metal
sec,sislrada;q c,lraÍnaOái shiçana{ que podem ser de trâs tipos chicanasde orificios anulares'
do tipo disço ç anel Ê segrnffItadâ§).
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5l' Espaçadores
§] Falga entrE tubo chlcana
f ] Espel,hos
2l ChÍcanas
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As ciúcanas segmerrtadas são a§ mais utitizadas e.podem §Er iü$aladas enÊ pü§ição
.",erricâle horizo*al dependendo dotipo de fluido e dodpo de escoamento pels caBso-
rJbservar que âs chicanas as coilrario dos espethos nãs est5§ sotid.irias âÍ)§ tub§§, existinds
uma foigâ erfie ss tubos e os furos. Desta tbrma. para que âs §hi§anâs Íiquern na p§sição
desejada são wiiizados tir§ile§ e espaçadores (ver fig' -?J
Existsro rês upos nmçiamenrais de tubos: lisos. aietatiss ç em U
A) Tubos Lisos: sâo $s mais comuraente utiiizados. O diâmetro e espesstua são
defisidos em unidadçs "Birmingharnm Wire Gage" {BWG) orde o cliâme*ro
nominal do tubs e o próprio diÀmetro extemo e â e§pe§§txa definida coutbrme a
:arie BSfG. Exernplo 
-3rir" 18 BWG tem diâmetro extsüro de i/o in e espessrua de
0,049"- umtubo de 1" 18 BWG tem diâmttro e]$Êrno de 1" e 0,ü49 " de
espessr§â. A norma -fEMÀ def,ne diâmetros paritão: 3/4in, lin, 1 % in, I % in e
2 in. e as sspessuras de{inidas conforme pressões de traba.lho. Para
coÍnprrmentss e norrna TE§/ÍA defini coms coÍnçrimefitos padrão: 8. 10, 12, 16.
e10ft"
B) Tubos Aletarios: O emprego de superficies ampliadas e importante eÍn casiss
onde o fluxotêrmim e limitado peio baixo eoefic.iente de peiicuta de um ou dos
dois tluidss ( alta resi.slônciâ ao tratrsporte de c*[or]. À superticie é ampliada
peios mais diiferentes modos condicio*ando a escolha a lbtorçs c§Eto e§pâç§,
ii*p."A manutenção, c*rrosão e cust§. Os tubos aletados são classificados
segrrndo d*is crherios básicos: Orie*ação das aletss tie forma tranwssais su
tongitudinais em relação ao *rbo base e Âlnrra das atetas ( tubo§ de altaaletae
de baixa ateta). Os tubos atetados são utilizados normalmentç ern trocadsrê§ bi'
túulares ( túos concêntricoç) e nests caso são aletâs longitr:dinais. Os tubos de
atetüs altas tramrersais são utitizados em trocadotes â ax- E possivel alelas tanto
irúernamerte r,omo oxtsrnamerne. Especralmenm adaçüâveis aos trocadoÍQr
multipasse são os tuhçs de baixaaietaçom ceÍcads 16 a i9aletas por polegada
de comprimento $re teÍn uma relação de área extÊTÍIâ pÊrtr área irrtnma de 3,5
aproximadamente" T*bos de baixa aleta podern ser usados eçonomicamente
quando o coeficiente de película extsrns tbr menor que i/5 do çoe1lciçrüe de
pelic.ula intemo.
C) Túos em "1-J'": é freqüente seu uss quanda há grandes gradientes de temperaÍura
entre os fluidrs. ohtidos por dobramento de tubos lisos. Um problema de projetc
de trocadores com tubos em U e a determínação do conrprimento efetivo dos
tubos, post$ qrle um tubo mais externo tem comprimento toal maior que rmr tubt
mais interno.
fir. CÀBEÇüTE§ [ CÀ§CO
Énvolvendo o feixe cle tubos está o câscs, por onde escoâ o chanrado fluido do
casco. e dando açabamento aos trocadores teruos os cabeçotes. Um dos cabeçotm está
iigado ao feixe de.tubos s serrB para arinrissào ou admissào e descarga do'-tlúdo dos
i,,Jbos": É o cabeçore de enxada *u tambem chamado cabeçore estacioniírio. O segundo
cabeçore dri acabaxrento âCI c,&seo ou desuarga do tluido dos nrbos- isto porque- como já.
o3
Melhoro o turbulêncio e Perdo de corgo no f luido do cosco
qillcANA.p,E Dlsco E 4NEL
cHtcANA SECMEN-TADA CoM-âRRê,NJo $
BoRpAS H0RlzoNIAls 0u vERTICAIS
É o mois usodo REFINARIASem
vimos um ftuído pode fazer uma o* mais pa§§agens através 
dos tubor; é o chamado
"**#:,:m:;-"#ãl:: ffiffi**- p-? y-,rEMA dÊ açordo co,Ir a rorma
dos cabeçotes 
" 
Ao **, uárg* A* *tt 
""qi""to 
de lstm5 que descrevem tespectivamente
o cabeçote *u*io*ffi'o]i;i ?;+;ffi iãi-t.t""t Y;*u ordem) conforme indicado
nafgrura g. O çaUeõü 
"*tuà*,*"o 
*"fm* iwuria'etmàote o lado da entrada do {luiúo ôos
rubos. observe *,.Hil #;õ;p"d;;;; ãi** cu dgis bocais, conforme o {luido dos
tubos façaunraoumaispassage'ns; 
"*uoãiti*o 
§â§o §§ cabeçotes dçverntsr chapâ§
a.:n"toii* ifuit"ci*i* q* *eput'ut um1 pa§§age§ úa outra'
Com relação it§'. sos tipos À;B dÊ 
"Ãqot"u estasionários 
podem ser removidos
sem que haianecessidd* dn se mexÊr "*"-t. do iquipamento 
o §,"§rrlÍ! nâo aco1teceuÔo
com os tipos C e D. Os tipos À 
" 
I p-t*àã" itt*p*çAod* tubos §Êm $l§ se necessite
removeÍ toda o cabeçote, o que na" po*tú oo* ó üp" S' O tipo C é um cabeçote 
pÍe§o &o
"*útto epottanto 
solidario aofeixe ôetubos'
A segilnda çoluna apfesente *'a-lr*t*t** formas de casco que pode usar' 
onde o
troçad$r §oml1Ínâ rópamagem". ---* i fu é í*uityttizado e 
quando sedesejaduas
passagsns de fluido*fi ;;;" á usrmt ucâr]se'd§i§ ttçcadores de uma so passagem 
peto
Êasç§, porém ** *Hi ;i""ét á" $p" f-õ;"*;** do tipo G, H e J são usados quando se
deseja red*zir . F.;d; d. pt*;ã. o* iuiao a. *"* " nio& oo caso 
ôe condensâÉsres- 0
tipo K é usado 
".*- 
refercsdffi or. ***tÁ* de re&igeração ç deve ter o diâmstro do
cascs mtsto **orã* o d* f*i*" para pÍoveÍ e§paçtp*ra s vailor fo*ry
O cabeçore ã-*..*;úd **rfu*i"*tt*nté úà eepelhofixo (igual ao catoeçote
estaeioüário), cabeçote ÍIutuante ou tubo Ãrru ( os dois últimos para absorver dilatações
diferçnçiais *t 
" 
o 
"u*o 
* rri*r ee trftos; etes ;ãs rxilizgdoslor-tanto, quando howet
grande difer*,,"ialde tempemtrxu *Xtãã* núo*- Os oabeçotes de tetorno {os tipos Lo 
M ê
N *ão sxatamÊntÊigUais aos caneçotes estacioafuiosÀB e C' Os cabeçotesP' §' 
T são os
cabeçotns flrÉ"a"d;;difererrtes formatos e rÉilizaçôes- O tipç P é o cabeçote de retorso
engroretado el*ernâ;B,I§e onde o cúeçote e*à solidfuio ao espelho e deveTergm
acabamento mult§ fino na parte externa que {iry ry ryntacto 'o* o Ea}retâ lnra 
permitir a
úilaração do feixe sam qlre t*3u "*t"*io do ttuido do casco 
( pouJo l$ilizado esse tipo de
áU*çirt* principalmente pora altas qressões)'
Os dois t p", ã"ií §,sm1m§ áç ttiÀátes sãs o § e o T, çnde o dU* l..1 o cabeçotç
com anel Uç*tiiJã;'ãF- ü;õeçote ftntrsnle co{stamps prʧs ao 3srytho- Nestes
dois tipos te,mos oul*"":t" dois cabeçotes: Im pÍe§o uo *a"* e iutro ao feixe de 
tgbos'
oode c cabsotÊ ,ip. í permite u§a §rglrot folgê eIItT o feixe ds tubs§ & $ c&§cs t§*aYcz
*" 
"-*u*-t" 
irremo ão 
"*** 
é menor do qo* o diâmetro ir*sÍno do cabeçote externo,
çabendo pork§tsum mqnor nümer$ de tuboJno ca§co quand0 oomparado com o tipo T'
No cabeçotetipo lF o selo de ptessão erúre o lado do casco e o lado dostubos 
é feito por
um anetr de gaxeta* pfeso ao ca§ao e tro qual deslizâ oespelho ( entre a§ gaxeta§ existe um
anel perfuado que pe'ur*_ite a dete*çã;-dÇ ,u**uoto do aner óe gaxetas 
*só utilizado para
preesões de no ***Lo fSO peig3. Á" 1rr311;* 4, 5,6,7 I msstrsm os vdríos tipos ile
troe*dor,o d" **o, ttp, i*io í'tn;nx' *orn o uomenelúu'ra rywprtúa"
nfguma§, dinársões iuportanfes dotrocado't de calot Je*, a aianeUo naminal
{normalmente 
"*p*r"sod*l 
iorrespondente ao drâmetro inͧÍno do çaseo e o
comprimenlo noãiãur *ã***ponaroã-ao *omprimeato dostubos em 
polegadas, snndo que
p61.6ãú em U o comptiminto nominal é dado pela parte reta do tnbo'
c5
TIPOS DE CABEçOTE
ESTACTO NA,RIO
A
TAMPO E CARRETEL
B
rAMPO BOLEADO
c FEIXE DETUBOS REMWI\E.
,CAftR,EÍEL INTEGRAOO AO
ESPELHO Ê TAMPO REIfiOV,
D
ESPECI AL P/ ALTA PRESSAO
t:lGufeq - 3
0{n
TIPOS DE CÂSCO
E
MA PASSA§EM NO CASCO
.F
UAS PASSÂGENs NO CA§.
O,COM DEFLETOR LON§ITUD
c
FLUXO DIVIDIOO POR
DEFLETOR
H
FLUXO DLUPLAMENTI,
otvlDtDo
J
FLUXO DIVIDIDO
K
CALDEIRA
ripos oe cABEgorE
DE RETORNO
I
ESPELHO FIXO I6UAL A
Í{r
ESPELHO FIXO IGUAL AO
N
ESPELHO FIXO IGUAL AO CA.
BEgoTÊ ÉsfActoNáhlo'c'
p
CAEEçOTE FLUTUANTE EN-
GAXEIADO EXTERNAMENTE
§
CABECOTE FLUTUANTE CÚi
4
Í
CABEçOTE FLUTUANTE C./
TAMPO PRESO NO ESPELHO
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u.TUiE B'JU§tg
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FLUTUANTE
C
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ilÍIEENCLATIJRA D§ FEç48 0E FÊRttuTÀooRES 0E CALOR
í?)J'
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F/GÜ/4A -5<
T.. A B E L A
' 1. StationarY Head---Channel
2. Stationaú Head-Bonnet
ã: §iãiiãáãú Head Flange--Channel or BonnEt
4. Channel Cover
5. Statíonary Head Nozzle
6. Statiqnary Tubesheet
7. Tubes
8. Shell
9. Shell Cover
1ó. Éhetl Flanee-Stationary' Head End
11. Shelt FlanÉe-Rear Head End
12. Shell Nozzle
.13. §hell Cover Flange
14. Expansion Joint
.15. Flüting Tubesheet
16. Floating Head Cover
17. Floatine Head Flangei8. noatinã Head Backitlg Devlce
19. §plit Shear Ring
20, Slip.on Backing Flange-
21. Fldatine Head Cover-E'(ternal
ãã. noatinã Tubesheet Skirt
23. PackinÉ Box Flange
24. Packine
25. PackinÉ Follower Ring
26. Lantern Ring
27. Íie Rods and Spacers
ãá: i;ã;;ãità Bafties or support Plates
ã9. lmpineement BafÍle
ãó. ioneit-udinal Ba{Íte
31. Pass Partition
32. Vent Connection
33. Drain Connection
ãÀ. lnstrument Connection
35. SuPPort Saddle
36, Lifting Lug
37. SuPPort Bracket
38. Weir
ÉÓ. UiquiO Level Connectlon
AE8"
FrçuRA - 6
Figuro 7
PERMUTADOR COM CABEçOTE
ANEL BIPARTIDO (E:4}
FLUTUANTE DE
PE RMUTADOR DE TUBO§ EM U
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Iô*.rr. rer .,
AKT
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- 
E§PryLqq
Como já fqi eitado os espelhos sâo discos uretáliços que mantém.os tubos na
posiçãs desejada com orifiçiqs povidos dç rmhruas para se efstuâr armião do tubo §ôm o
à*piUo por àxpaasâd ranhuras com prefundidade.s dÊ 3/16 it+.
O número de passes pelos tuibos de um tromdot existeàte pode ser ve-nficado
conheçendo-** o nú**ro de divisore* de passe no cabeçote estâ§ianário oude sntÍad& i§to
é, sendo N o airmero de passagens, o númeto de divisores de passe é tV
O arranjo dç tubos no ã*pett o visa úter o máximc de quantidade de tubas numa
dadaseção transversaleaome§mstempoplQYeres?âçotrlâÍaoe§coâÍnentCIdoftuidodo
*u[|; * p** permitir timpeza externa dos túos. Existem dois tipos bfuicos de arrario a
saber:
A- Passo Triangutar: Utiliã,âds quanda e fluido do casÊ'Ô é limpo ou $e'â§
incrustaçses podem ser removidas poÍ tÍ*1âurcÍ$o quimico, umâ Yez, qlre §
a.Êesso meçâniço enüe os tubos é dificil. Obtem-se melhores troças de çalor
IrsssÊ tipo de arra4!o, pOrám çom maiot perda de catga pelo ss§§o' Seu uso e
principatmente indicaào em trocadores de espelhos {ixos onde não há a
ir"*rmmO"a" de se sasar o feixe jâ $]e o erpelho é flxç no casco.
B- irasso Qua{rado: E de fâsil limpez* mecânica externa dcs tubo§, çsnduz a
ÍRenCIres coeficieffies de *ansferência de calor que o pa§§o triangular.
Reçomendaclo para fluidos sujos ou incrustantes qus e§coêm pelo lado do sasco
e para todos os tocailores de calor onde o feixe tntnrlâx seja rerrovÍvel.
AFigurug ilustra a disposição do arrahjo triangUlar e do arranjo quadrado
NOTA: As Tahelas doslJVE'Xú§ I,II E III são utilizadas em projeto e que relaçionam a
diâmetro interno do casco f,,sm a quantidade de trrbos que eabern ern çada casco, err frrnção
do aúmero de passes, do diâmetro externo de cada tubo e do tipo de arranjo'
v, Bocar§ DE ENTRADA E §ÀrDÀ llp§ Fl,tmx)§
Bocaia do easco: §e o casco for de uma so passagêülos bocais devem ser tocalizados em
postçfles opostas ao comprimenno do trocaãor. Sã o §&sco for de dois passes os dois bs§ais
lf*n#* esiar sobre um Ínesmo eko, loc.alizads na prte diaot*ira do ca§co- A orienta$o
normal ds bocais do casço é um. no top e outro nsfirndo. Caso não ocorraÍu mudança de
fase, os bscais podem ser montados lateralmente, ou então o de eotradano topo e o oulro
oo â*do, indiúngmente. Quando oÊorreÍ condensação, a erürada deve ser pelo topo e a
saída pelo frrndo, sends ao oontrário quando houver vaporizaçâo.
Bacais do cabeçote estacionário: Quando não ocorreÍ rmrdarça de fase ss bacais podern set
instâIados nas posições superior e inferior ou nas posições laterais, sendo os mais utilizados
os de entra$a e saída nas posições s:pariot e inferiot ouvice-versa. Quando os§tr§t
vaporização eu condeusação ós bosris deverão ectâr lCIoaliuados em cima ou tão próximos
possiveis da geratriz superior e inferior do casco.
t§,
FIGURA - q
- 
:--",.-+#
ALTERNADOEM LINHA
ELeo@ELmtr hibo
Í**
+r
D.B.
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Ilre
@
n"E tubo
H
D"n &rbo
Pesss
'*LI*sre
-E*"
-J- -
--r- t
E$Pr\fAMENT0 E An§I§lq DOS TUBO§ NO TSPTLHO
foIgÀ ( LLpr-
unta )
ffid'milPffitffi#*Édrjn]@".n.!1".',rr!.1!#
Frimeiro problema oom qBe nos defrontamos 
no prajeto de um §çcador ê a esçolha
do seutrpo, parâ q*;;;;;; átr*it ";;;;à3' dy eúriyamer*o 
e da{parttr pqrâ suâ
avaliaçãoquanto"o-Joãórt****otlráco EvidentemeeleaestaQs§olhâvátiosfatores
infl*irãotais sosr§: pÍeço,fasilidâde dtãIJ;ê;;r*iti*x" d* operaçâo' caracteristiças
dos {hrides quetraciÀ Lio', bon seedo e experiênsia do preietiste-
. Trocador deEspelhos rr*u3, ;"ãmodo g"t*1e'aiti"go qnando oÍluido 
do
§asco é limpo e rÉo 
"o*o**olSu 
o-*o*Jog* o§o*sr c§u! o fluido dos tubos'
pode.se**o*cabeçotes***po'planosparafacilitaralimpezainternados
tubos" Quasds o difereccial A* t"*'p"tuit*a eofte o fluido 
do casço e úos túos
,,ao fo, ffiããíiãit"ráA*r de ternperx*ra entre ss fluidos atê 50 C)'
§uas vantagens ,aor p*r*it* ü*i.gãn*túI}íÀ do lado dos tubos §em o uso de
gaxetas, constnçao sirnples foi* t** o.m?nor número de pelas móveis'
melhore* çaracterístiças de tí**f*te"oia de çalor no lado do cesco'-ostubos
aluâm çoms suporie *o* t#itto* reduzinüo ççm isso a ʧps§§§a do mesrno'
como desvanragens rr*o*,ããã;o*uú atingiÍ o ladsdo para fazer
limpeza me.,a*üq ssEeütÊ UmpÊ; ffica e $ssível; a recolocação úos
ttrbo§, qúaAo há óorrosão' é c&Ía e dem$râdâ'
. Trocadlre, A" Cut*çote Slrrt*antet O q? d1 cabeçote çy!il.ltãmpo Prʧo âo
e§pelh§ (T) ê usado pr* prãGã-ã 9ôw e e secessário quÊ o diâmetro do
cʧ§o seja rm pouco *** qo* o *ia**i d1 esuglho. com isso a dife,rença
e§fie 0 diâmetro int§ms oo ã**o ã do fçi*e deiubos é muito sande variando 
de
3in a 4,5 irç espaço oste iÍtútii; $s pot proYocar pa§§âg-em d1"{luido do casco
sÊÍn â devida troca trrmiça- ô *aLçi* *utuanre *e anet bipartid"Jsl é utilizado
paraalhspressõeseterr'prat'xa,senüod*pI*çosrrpriotaotipoT,eserrdoque
o diâmetro dotampo a" **r"ã oakçote d* r*to** émaior que o diâmetro
dorasco,istoporqtreot*po'aof"ioq"hbostemdiâmE'tromaiorqlrso§a§ço'
Para que §Ê po§§a ÍeÉsv*, o f"i** úe tubos é necessário dssmostâÍ tanto o
cabeçote do câ§oo §omo 
" 
d;i.i"* detBbos. E§ttstipo de construção evita
grande e§paçam§nto entre o Ça§co e o feixe de tubos
r Troçadores de tubos em U: O fluido que ÊscoaÍros tubos de um trocador çom
trlho§emudeveserrimpaua*aam's"raaa"delimpzauecânieadointerior
dos tubos{ crxva). O **p*iÃr,"to entre o ferxe de t*bos e § câ§Ço é damesma
ordemde'grod** que s|t*uCot de espelho§ ftxo§' contudo paÍa um ÍrÇ$no
,diâmetro do casso o númeÍo de orificios ao espolho-é msnol neste tipo qus no
****e*rr,o*fixosdevidoalimitaçõe,on*u**t*udostubos,Comoestetipode
construçâo dimirnri o otrrrs; d* *uiõ"r, ê recomendável para serviços 
a altas
pressões ou onde po§§a ha;;r p*ú** de eorrosão nos espelhos. o feixe pode
serfacilmente mçado p*;úffi""t**u' §çupreço é intermçdiffo entre o de
espelhos fixos e cabegetes flufinrÉes'
t4
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CARACTTnÍsttcASDF,PROJET0DETR0CADORESDECÀSCOE
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Fá
* RirÇffi
Íti ^*únrrN U S ouTClassificação I§IvIa- Cabeçote
Flutuante
Externo
Espelho
Fixo(tubos
fixos)
Tubos emU Cabeçote
Flutuante
Interno
sim Sim
Junta de
expausão na
carcsçA
Tubos I
individuais
c0m
possibiiidade
ideexpansão 
-
Expansâo difçreucr* oe
temPeratura
sim Sim
He-adâ do f,eixe de
{rrhns
não slm
Sim
s1m Sim$m sunffi;íyry1a'ntern" srm
slm Sime exlerBa (lup tuuuo ---
sim Muito dificiiLimPeza msiililca
intema dos tubos ou com
Não Nãonlof()jatu
não nãoLimPezametâruca
externa dostubosno
. , :---,la+ $m Simarrarlu ulaatrórru
não slmLimPezamecânrca
externa dos tubos no
arranio quadradg- Não há
limitações
r,rÁfir:as
Não há
Iimitações
oráticas
Nao trá limitação Quaiquer
número ParffiEpassesPelos
túos
@
tinternas
Sim Não
Não Nâo
Í5
!
1. rlrrBoDuÇÃo
o projeto de urh equiplmllto dç transmissão de ffilor está 
lig§do aos mecesismos
de flro,o dç çalor qur sã*: conduçáo, **o"-çà* " rudiuçao, 
sendo qüe nos trocadores de
calor itrflrrmprincipatmente o***".ni*mos d* 'ood"çã'o 
econvicçãoenas fornalhas e
caldeiÍas os dc o*.ffio e radiação. nuãu*r*" p"d*-u* **""*r ata;.* 
áetransferânçia
dç çalor pôr unidade de fuea como oruÃãú uma forçamo§iz ou excitação termica e
rfinarmist&rcia global que leve ata conta os divErsos de aanspo:te 
ds ça1ot
envolvidos:
QIA: ÀTmádio/ { líU} on Q = U'A' AT nódio
No projero A* rr*ão*O*i ** óiã o ã"* ""t**f**r* se deseia 
é deterrrinar $lâl a
áçea necessâria p** n t **i*ie"*o a" "Joi c" u* 
deterninada ftridí) para ouÍro-
Cçnsiderâ-se tanrbé,m r,,rs s calor perd;dã 
pA" t*t tr"iO* é tstaktre1'te recr*erado pelo
oç§o' 
concomitante*ʧÍe ao problema dç deterrninar a área existem 
§,,kos asp'ctos que
podÊúr cordicionar o pnoieto a saber: dd.;;g' tçrmica e â mâssa ou vacão das correntes
que trocarão 
"*f*, óã-'as 
eondieõe1de sâide d§§ {luidos? Se co*siderarmos um
couôen$ador qo* op"o csm Yapore§ d. "*|[;.1o* de destilação a carga termica 
será
deterrninadepataquantidade dÊ calor laürte de vaporízaçao 
nas coodições de çandensaçâo;
§êpsr orÉrs fa6o âAssÊrarreskiar *riúd. ; "*e*Gái* sera 
*a*ápett calor s.a§ível
a ser retirado desse fluido Assim * -J#;A;çõ-- ae Uatanço térmiço 
g*rão utilizadas
ern conjrmto com aequação açima'
Q:M CF(T1jI2} : ry 
-Çp §?+rl ?aÍatro§a de calor sensivel( Cp e cp utiliza-se
valorcs méáios sntÍs Tt e T2 e áott"fj et1 rcspectivarnente) LETRAS
utruscul,ís sraNrslctú pãõpnmo.qries po rurpo QUE ENTRÀ
$]E!,{TEíô-TROcAD0R óc ôn:"ôíe IRÀ sE E§FRIÀR' E Às 
LETRˤ
MINU§CULA§§lGNIFlCeupnopnm»ÀDESDoELUIDoQUEENTRA
rmoxo docÀpon DE CÀLOREIRÂ, §EESQIIENTÂR
Q: MÀH Par*froca-de calor latente
Q: MCdTI-T2) + MÀHparatoça§ de r'âlor smsível mais lat€mtç
Onde
Q : kcal/h, BafL kJlhú au m: kg/h ou lb/h.
ü ffi;' op*r*õ*t*tm'$.o1kc {ke'c) ou kí(ke'K)
ÀiI i* lh : gtuflb ou kcallkg ou kJlkg
T orrt em $all§§ ou graus C'
I
t6
',àa!:::' ;
2. DtrES§NC4' qp' T§MBSF,{TrIBÀ
A difçreaça de ternperaturamádia usada par* satiufazer arelação bfuica de
transferênçiade idor ê amedialogarítnicadas temperatwas terminais ( que são as
te§rpeÍâfi§a§ de entrada e saidâ doã fluidss que trooam calor)' As f'ígrrras fi e 11
upiá*r"tu esquenaatic*mçnte qs perfis de temperaturâ par& os diferentes tipos de arranjo de
escoamento.
Na aperação em c.otr§a corrente o fluido qre está sendo aquecido pode sú do
equip*mento numatemperaturasuperior àtemperatura de saíds doüúdo que estase
r*rfti*Co, o que úo $de acontçcer no§ G&so de esc,oameqto paralelo
Nos tfi)§ndores multipasse, smbsra os perÊs de ternperatura sejam diferer$es? §om
diferentes posições dos bocais de entrada, observa-se que a performance {inal do
"q,rrp*m"t*to 
não é alterada, i§t§ é, as tenrpemtmaslerminAi§ peffiIarͧ{em e§ me§mâs'
' 
L 
euando houver desuperaquecimento ar-rtes de una conden§âçâo do vapor, ou no
"*o 
**!o" houver,*r uqoã*i*ãnto segu;ido de uml vryorização, dsve-selomar çuidado
na esc.olha. da tempratut a't2 {vet Figuru II ) pois não baga ql§ §e especifique esta
áperatura, é necessário tambfu qoã re conheçam os perfis de condensação ou ebulição
para evitar-se u§I cruzanento de temperatruae âo me$ͧ tempo defiÊil a fai:amaxima
ãisponivelpara o {luxo que er$ra atenrpemtutatt no trocador.
-' t 
No proieto de trúa4orçs de çalór é comum aexpressão 
*ÂPROÀCFy' (
apnoximaçáo) q* p*u §s sâsss de escoamento em coÍtra §orteÍte, paralelo, condensação e
ã[uliçao e A*nn6d como â menor das diferenças de tempraturas terminais. Para
tnádor*, multipsse dçfini-se apçroaoh **o a diferença eotre ât§mpeÍaͧa de saída do
ftuido quente T2 e a enttada do fluido frio tt'
ita grande moioria dos projetos de trosadores se coohe§ffi as temperaturas
terminais E11, T, tl, t2) e portanto pãÍa o trocador de calot teremo§:
dq: U.dA.(T-t)
expressâo que forneoê a taxâ de transferência de calor por area elementar em fUnção dos
gfádiçntçs áe Bmperatrras locais" obsefi and§-se ⧠s*g3rintes mrpsições:
Valor deU cons@*te emtodo o trmador
- Trocador adiabático
- RegimePermanerüe
- Temperatruas coastantes smc'a§& sec$o
- Calor especí{ico calculado àtemperaturamédia dos fluidos, constante
- Nãs ha variação parcial de fase, isto é, se o trocador é um condensador o vapot
ealra saturado 
" 
,ui ,o*o líquiáo satuÍado.{ ?ARA CALCULO DO LMTD
IARA TORCADORES ONbB sÁ DESUPERAQUECIMENTO DE UM DOS
FLUIDOS ANTES DA CONDENSAÇÃO, OU AQUECIMENTO DE UM
. DoS FLIIIDç§ ÀNTE§ DA vÂPoRiZAÇÃo o CALCIILçDO LMID
DE1rE Sffi. EFETUÀDO EM DUÂS ETAPÂS E O VÀLGR DO }VIESMO
írú-pnoronürüNÀr A cARGÀ TERMIcÀ NEcEssÁnIA PARA CADA
FENolrGIqo rjxtMrôó 
- 
mgrolpro NITMERICo sÉRÁ AERESEI{TADO
EMAULA.
{?
Ud =1/{t(litriXDorDiI+[I/ho]+t(lrhdiXDollDi!+[lthdo]+$n(DoiDi]xpolzk[]
Oo* é o .o*Ii*i*ol* nioú"I d* n'o* t'Ottio *ttio * áo* t*t o*otHdu O*t* o of,Lotn d"
área dp trqcs térmiea
Onde hi: çoeficiente depel{culaintemo aostúos
Do: diâmetro intemo dos tubo§l Di: diâmetro interno dos tubos
Nosttocadoresmultipasse o escoamento 1ro §eu aspecto global é 
pafie parâlelo e
pafie en con§a coÍrents, **im nâo se poo* opu*t duotamente o LMTD da mesmâ 
forma
que é feito no trocador em çontra correutç 1:1 e no paratelo 1 : 1 ' Fazenóo 
algurnas
suposiçôes adieio§âis tais como: atemperatura *o tiuiao ͧ ca§co é uniforme emeada
secção ( afuite-se g**ã mm*g*i"pro"t*C"priocipelmeute pglas chicanas ) e áreas
i*uais poÍ pa$§e t ít" * lado dos tsbàs çoÍno nolado do çasço ( na prática existe aprox'
Sa a"-a*e""t'*çu entre osPasses)
Q: [I.A'F'LIIÍTD
onde F é um fator que corrige o LMID que assím pode ser calçulado §omo se o troçador
oFerasss sm coffiraãrcrüül,{1(r.g, Éviaentemente o yalor de F { titú* ile gdfr,cos
cotwtantes nos An,,eos IV,$-,23,P?I,-§§#;*"ç-,§*;[g-1 é mel]or que 1 (um) pois parte do
esçoamento q.,c é equí-corremte nao cor:*siúoi ffi,s ef*1íúms*tç pâÍa âreqr,eÍação de calor
como CI§ passs§ *ooáu correnies. Os valotes de F sâo encoltrados no Kern, 
ila Í}otEla Tema
" "* 
*t *s livros so'bre o a§§tmto, em fimção dos seguintesvalores:
R: mcpllvÍCp e P ( ou S): (tz't1Y(Tt *tl)
não é.prático usaÍ-.§e troçadorss 1:2 luando o 
F< 0J5. Nçste caso deve-se
procuraÍ rrm atra§o eom fiIâ1§ pa§§s! 1§ c'a§o'
O trocador Z:+ r*cu$ru 111|111d. calor que o 1:2 e pode por razôes construtivas
sermontado §.§mo áoi*tto*un*es L:2 em sétie, erürçtantonâo êprático sqru§o
para F<0,85
b valor d* F:l para condensador total ou refervedor
O çoefisisÍ*e g10bâ1 de troeatermicapodÊ §9r ca|gulano pot e11mq19 pela seguinte
equação a fartir do colnheçimento dos coêficiàntes de película dos deis fluidos 
que estarão
trocando ça1or:
ue: 1l {t( l/hixDoíDi}l + [1[ro] + [n(Do/Di) x {Do12k}} ( coeficie*te global de troca de
calor limpo.
J§
i
,
r
h
i
i
!
!
I
I
t
I
I
'í
.f--
{
Y
r
r
I-
v
r
Y
!-.
f-
cnde
O fator de incrustacão $ei) conforne apresentado na tabela 
"
R» = Ro *$tn$"n^ 9"^'Do ' K, "'d, ' "oi di
Fatores de nmcrm.sÉação tnml#Wj
. Falcres de ã:icrustaçãe para algu*s f?uídos usrcalnrielxte utilizados ertr ârocaderes.
-J E
E*
Fluíd.os Indush^iais
0,01136
0,01704 óleo Iubrificante,
0,01136
Ásua de rio 0.01136 0.01136
Água destilada Naftas leves, óleo
leve, solventeg,
produtos acima
de 50" -{PI
Produtos abaixo
de 500API
Torre de resfriamento
:
I
l
I
l
I
I
vI
TROCADORES IIE CALOR D*,II"ÀCA§ ( TCP)
1. Introdução: ^r;^ Ã^^t aaqc r.nctáI'
Os §ocadores de oalor de piacas são constituidos per uma §érie de chapas 
metálicas
oróulâda§, providâs de gaxetas e de canioneiras úertas' Os fluidos ficam 
a§§im
pennauentemente sepaÃdos f9.r {uas g;;t*. À escolha adequada do material das 
gaxetas
e da§ condições de operação elimina os riscos de vazanrento' As 
placas são mantidas
apertadas numa 
"ro.it*ru 
qo* cgntéyr *àãàát§ para o§.fluidos' Oe fomra que todas as
partes de contacto *o* o.h*dos são r*riú""i* acessívsis para inspeção, rernovendo-§e 
os
parafirsos de apgrto áã piu.u de n1es1eo. At pf"** ft* se'paradas entre si por diminuto
espaço, que vana, no*iirut n*ot * a"Za 5 mm- §endo comliadas: os 
grau§ de turbulência
alcançados sao bastanãJio*, o (fle fornecem coeficielrtes áe transferência de calor
excepeionalmente elevado§ na película'
ts
t
I
I
I
T
T
B
r
Nusselt={ctei.Re
m
. Pr (P/P*)
Valores tíPicos:
Cte*0,15 a0,40
n = 0,6i a Ô,85 ( valor u§ual 0,668)
*: ó,30 a 0,45 (valor usual0,333)
* = o,ôos a o,2o ( valor usual 0,15)
' TttH;"*l*ro utilizados na indústria alimenticia devido a fac,idade de desmontâgem,
. Hliff ãHffiâaas somente em aço inoxidável e mais recenternente çm titânio
e ligas esPeciais'
c0cupammenoÍe§pâçoquandocomparado§comosfrocadoresdeçascoefubos.
. Recomendado§ pera fluidos viscosos"
r Devido a alta h*bulência no escoamento, resultammelhores coeficientes 
de pelicula
o que fâz dúi"'i' a recessidade de área de trocatérmica'
r Os fluxos são contra corrente'
r Impossibifiáade de coataminação entre as correntes pois os vazamento§ 
oco,'em
§empÍe Pare o meio extemo'
3. Limitações:
r Máximapressão de projeto 3Ü0 psia ( aif${f1.de ser estanque)
o Máxima temperatura e" opouiaã zoàJõ6"*ao ümitações dos 
materiais das juntas
ou gaxetas.
. Nãã aptcâvel para fluidos múto sujos ou incrustantes'
. À* â" t o." ier*i"a limitada a 350 m2 por rrnidade
r Nâo i"di;;;;; fluidos tóxicos e inÍ1amáveis pois o vazamento oco'1e para o
meio ambiente
Y
H
á
*
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tst
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EÊ
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-Ãmr
,fiÉl-/\,/
I
)
uxropo KERN rAR.A.
DE CASCO E TIIBO§.
PROJ§TO I}E TROCADOR§§ DE CALOR
Para o projeto de trocadores de calor de casco e tubos o método mais utilizado é o
método de Kern cujas etapas são apresentadas abaixo:
I. }ricialmente arbika-se um valor inicial de Us ( coeficiente global de troca
térmica referido ao lado externo dos tubos) baseado em dados de bibliografia.II. Deve-se conhecer as seis grandezas fundamentais para o cálculo térmico
[II.O balanço ténnico enfre os fluidos nos perrnite calcular o fluxo de calàiQ
Q = V/Cp(Tr-Tz): wçp(tr-te) onde o calor específico do fluido quente Cp
e do fluido frio cp são estimados natemperahlramédía do escoamento do
fluido.
fir.Calcularo LM?D.
Y. Determinar qual dos fluidos deverá escoar petros tubss e $ral deverá escoar
pelo casco com base nos critérias usuais: maior Íâtor de incrustação, vazão,
etc.
YI. Definir o número d* passes pelos tubos e calcular o Ft : Fator de correção
da média iogarítnic4 bem como definir o nümero de passes pelo casco.
YIL CalcularAo através da expressão: Q = Ao.Uo.FI.LMTD
YIll.Àdota-se o diâmetro exteRro para os tubos de acordo com as dirnensões
comerciais adotadas e arespectiva espessurâ (BWG). Damesma forma
recomenda-se adotar como comprimento dos tubos aqueles utilizados
comercialmente desde que haja espaço na instalação. Em furçâo das
características do ÍIuido que escoará pelo casco poderemos escolher se
adotaremos aranjo quadrado ou triangular para os tubos. O cálculo do número
total de tubos sairápela expressâo: Ao=*t.[.do.L ( do: diâuretro extemo dos
tubos, L comprimento dos tubos). Com o nt poderemos também estimar o
diâmeho do casco Ds apartir de tabelas existentes.
IX.A partir da temperatura média Tm e tm dos Íluidos deverernos determinar as
propriedades dos fluidos quente e frio respectivamente, a saber: m&ssa especifica,
viscosidade, condutividade térmica.
X.Adotar o espaçâxnento entre chicanas pela seguinte expressão:
DslS < B < Ds onde Dsdiârnetro interno do caseo, B:
espaçamento entre chicanas.
]il.Calcuiar o coeficiente de troca têrmica pelo lado dos tubos utilizando por
exemplo a expressão para ascoaÍnento furbulento de §ieder e Tate:
hi.dilk:0,023 Re 80,8 . Pr E0,333 . (p/p*) 80,14
Fluido Quente Frio
Vazão mássiça M m
Temperatura de entrada Tr tr
Temperatura de saida Tz Í2
ls
a seguir efetuar a correção para a área externa ados 
tubos? 1'1i'q ' hi ' di/ do
xll . calcular o coeficiente de troca térmica peto lâiiô'âotâso 
a partir da expressão para escoamento
turbulento.
Ho. D"lk = 0,36 ( De. Gs/p) E 0,55 ' (Cp p/k) E 0'33 ' (p/pw)E 0'14
Onde: Gs = Wa. ê âs= Ds. C 'B/Pt
W = vazão mássica pelo lado do casco 
em kgls
ar= área de escoamento na carcaçâ em m2
B = Distânçia entre chicanas em m
Gs=Vazãomássicanoladodocascoporáreadeescoamentoemkg/mz.s
Ds= Diametro interno do casco em m
Pt= distância entre centrCI de tubos adjacentes ( passo) 
em m
do = diâmetro interno dos tubos em 
m
C= espaçamênto entre tubos em m
De = diâmetro equivalente calculado 
conforme o arranjo:
De ( quadrado) = {4Ptz - 
" 
6o:i/ n do
De ( triangular) = 1 2 Pt'?trf- n do' ) I n do
xlll. calcular o coeficiente global de troca térmica 
sujo admitindo fatores de incrustação usuais
na bibliografia:
U Udo = 1/ ho + L/hi,o + Rdi + Rdo
xlv.comparar o valor calculado de ud,o com 
o uo estimado' se os valores forem iguais a 
parte
térmica está concruída. se o coeficiente 
grobar sujo carcurado for menor do que o coeficiente
estimado analisar qual dos coeficiente' Jp'"'*nt' maior influência ' 
Se for o h i'o aumente o
número de passagens pelos tubos, se for o ho 
aumente o número de passagens na carcaça 
ou
diminua o e§paçamento entre chicanas e voltar 
parâ o item Vll'
se o ud,o for maior do que o uo considere 
esse varor e arbitre um novo valor de uo e 
repita os
cálculos a Partir do ltem Vll
OBS: Admite-se uma diferença mênor 
que 10% para o valor ser aceito
XV.Calcularaperdadecargapeloladodostubosepeloladodocasco
a)Peloladodostubos:APtubos=(f.Gtz.L.np)/p.di.s'Qtaessêvalordeve-seincluira
perda de cara devido ao retorno nos tubos'
q í'l
ú4
aPretorno = (4.np/2.slp.v
À P total = A P tubos + A P retorno
-*rr-,i !,!i-"rr
f= fator de fricção Pelos tubos
Gt = vazão mássica por unidade de área 
peros tubos carcurada como wt( vazão mássica
pelos tubos)/ St ( área de escoamento pelos tubos' por passe)'
L = comrprimento dos tubos
P = massa esPecífica
d i = diânretro interno dos tubos
s * densidade relativa
St= correção da viscosidade
vt = velocidade Pelos tubos
b) Perda de carga Pelo casco
ÀPs = [f.Gsz.ãs (N+L) ns] / p'' De' §' Ô§onde N + 1 = UB
)ffl|. comparar a5 perdas de carga pelos tubos com â perda de carga admissível' 
se a perda de
carga carcutada peros tubos for maior que a admissíver, 
retornãr para a etapa vl e definir novo
número de passes pelos tubos; e repetir todas 
as etapas seguintes' se a perda de carga
carcurada peros tubos for menor que a adnrissívetr, 
pâssar para a comparação da perda de carga
pelo casco. Se a perda de carga pelo casco calculada 
for maior que a admissível retornâr para a
etapa vl adotando novo valor de Ds ou B e repetir 
as etapas seguintes. se a perda de carca 
pelo
cascQformenorqueaadmissível,oProjetoTérmicoeMecânicoestáconcluído.
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*
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Füúameno de tubos na afusÊa"i-huiqão qr.radraeia segundo a classiffiaação U Ca
xlornna T'EneÀ dado em funeão do diânaae'ero dos hlbos e seu p&sso
da =0.0159 m (5/B'') dc =0.0190 m (3/4"1 do =0"0254 m íi") dCI:0.031? m (1.25")
r:=0.0206m(13/16") p=4,A254m(1") :=0,0317mi1,25") 'ir=0,0397n(1,5625")
!- íin) .*.í:*) ,iÊ 6P 1la Ãii' ?T} /4Tj ,6F 2P 4F 6P
I
J 0,203 52 Afi 1,! 38 la 1n I lí 4 4
i0 0,2i4 90 80 -,1 52.. 32 30 24 t2 12 12 Ç
12 0,305 1ÀÔ. Í ôo i08 /ô /: .. 7$ Àtl 40 )! /v 12
13 25 0,336 180 i65 i48 96 92 90 60 48 ÀÀ 36 ôoLQ
0,387 246 216 iJo i32 120 80 74 44
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27 0,686 856 8i6 780 480 468 460 294 aQll l/o 172 160
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Fluido das iúM6 {r?}c}r 
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Um passe nê carÇaçs;
2, 4, 6" etc. pêÊ.scs no$ tuhí]s Figura 11.18 Efetividade do trocador 
de
calôr pâra trocadore§ carcaça*e-tubÜs com
urn passe na carcaça com defletores e dois'
orJ um múltiplo de dois, pãs§es nos tubos'
iCom permissão de W. Í\r1. KaYs e A' L'
london, Compact {Jeat Exchar}gers, Na-
tional Press, 19551qJ ,,..
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0r23,t5
i§: de uni#dg6 dã ttãn§mi§§ão ?tUT{Ex 
-ÁUlc*in
Oesempenho de trocador
§em corteíttes peralelas
Fluido qusnts trncln = Cn
\-"^\-^*/-\->
i#/ 
-.../ l'lUlcr, 1í1O lm'Ir=çri'
I SuçerÍície de trocâ de calor
ol23{5
i§.G de unidades ds tísnsmiss5o NUT*ã- *AlJ/Çmia
Figura '1 1.16 Efetividade do trocador de
cal,ôr com oorrentes paralelas. 
-
N.o dff uniCades de transrnissãc &luTfiu. *AUlCrpin
Figura 1 1.17 Efetividade do trocador de
câlor c0F,1 correntês oposias.
de €rrenrÉ Éüadôa
luiós ráeúiíE3dô!
c"."/c*.,=
l,l.o dc ,ridrd# d6 !.ans6ir§ê NuTmx :ÁUÀ;in
Figura 11.1§ Elçtiviçjade do troçadoÍ de
ctlor oara qÕrrgntes cruzâdãs com âmbos
:s Ílu;rics náo-mislurados. IConr permissão
de W. M. Kays e A, L London, Campàct
H€at Exchsn,!êrs. ralâliçíâÍ Press, 1955j
012345
N.o dê uô;dêd6 dê tàntfriõío F,lUTfrx cÁÜ'ltr
Figura i1-20 E{etividade do trocador I
êalor para torrênlg§ cruzadas com um flui(
misturario e o ôulro nâr:-misturado. Ouant
f ta 
- 
>l-l.ltrT áb
Íea.jo +m C,,".-.,,.,",,. ICom cermtssão .
iÍ M fnvs É À I l.nntlôí Cán!l;.r, HÊ
11
B€sêfirpeírho de trocador
Õom mrÍente§ opoSla§
Fluido quente lmcln:Cq
..-/\-.r^\-/_\-.b
§uçerfície da lroca de calor
iÍoqdlr dô a10á6 6:#
êm !m Íluido *rsú
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1-f1:--ff rrui,ia ou,
t Fluie ÍÍb
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I
I
2 ÇomBanhia:
LoêalizaÇêo:
ri Servíco de Unidade: lJossa Relerência:
à item no: Sua Referência:
! Revisáe no: Trabalho no: Posição: Hor Ver
Tanranho: Tipo: Arranio em: *§aralelc .série
3 §upeif.lUnidade(eíí): CascoslUnidade: §uperÍ. Casco {efÍ)
12
'i3 Nome da Fluido
i4 Quantidade de FluiCs Total ko/lr
15 Vapor (ElS) kgltr
Liquic?o kslh
1! l{áo Condensadr} kslh
1Q Tenperatura C
ío Ponic de Bolhal Orvalho C
20 Massa Esoecífiüa íLA/) k«/nr3
-!i Viscoeidade {UV} cp
22 Massq L4olecular do Vapor
fuiassa Molecular do Lísuido
l4 Caior Especiíico {Lt1} kÊêí/{kq.oc)
aç Condutiir. Térmica {U\/) kcai/ih.m.oc)
Calor Letenle kcalrkg
lv Pressão de entrãda (abs) kgílcmZ
Velocidade mis
JI Perde de Caroa Permiiida/ Calculada kcírcm2
32 Fator de Facto$ {min} m2.h.Ci}(cal
JJ Trocadcr l<calih LMTD (oC
. Glsbal de Trânsmissào de Calor:
3§ Ladç do easao l-ade dos ?ubos Esi:oço
ta Piessão Proi/ Teste kqf/cmi
2a TemF. do Proi. oC
ilo de nassaoens
40 Corro:ão Penniticla rnm
Ít1 CcnexÕesl
tsÕ6ai§
Enirâda
SaíCa
lniermediáric
-i5 I'1" Tt-ibos D.E. Espessura Média mrn Cemprimênt{l mm Passcr mm
Tipo Tub*s fulaierial
Arranjo Triangular Qiradrado
Casc.r D. Í D. E. mm
-+é Material dc carreiel lviaterial da tampa do carÍetêl
49 Materia! do Espelho Fixc Itdateríal do CabeÇoie Ílutuanie
50 fulatel'ial ela chicana Transversal o1ú cúris Tipo Esi:aÇamenlo
q1 Material da chicana Longitudinal Tipo de Selasem Entrada mm
E'JZ Supo*e de Tul-ro Tubo em U Tipo
Junçãro cle ÊxFansão Tipo
54 Juntas - Lado do Casco Lado d0 Tubo
Junblas Cabecote Flutuante
5ô Cóciiso requiridos TEt\iA ASMÊ
u-i Peso Vazio Peso Cheio de áaua
to hJOTAS
1.]33
FAC{II"BAT}E§ OSWÀLI}S CRUU
p§,ArqE.IAMeNT& Fl PRü.§ET'p NA m{$ÚsTR§.e QUÍM§CA - c&m ?99
;ã#ilíe'iex"nxlc" à nrypcÂNãco IlB, r.Rscassn§,§ &8, cÂLCIIt
FJ,XE,RCÍCTOS. ?SN5
1" Cal*ular as teLperatr.yas:nédias logarítrnica das temperahrf&s l1uíl1 troçadcr de
calor eie casço e tuhos para o§ seguintes casos:
CÀSS ESCSAMH'NTS T'EMyEB.A?'LrR,4 {'F}Fluído Frie§aida &mtrada §aid*S'Íuitlo Qr"lemte&mtrada
I
I
Z
n;
4
5
1
Contra üorrçnte
Faralela
Contra Ccrrente
Paraiela
Cr:ntra cüffente
Con§a cÕrrente
Faralela
3{}0 2Ü0 10030CI 2CI0 1003ü0 200 150300 ?0Ü 15Ü
300 22Ü 100
Yapor condeirsante a 340 100
Vapor candensante a 340 10Ü
150
150
?00
200
?75
28ü
?s0
x. urn trooadq:r de calor de casco e tubos 4 projetad*.para resfriar um líquidc
orgânico usando *'ú ** resfriarneirtc" A água fluirá dentro dos tubos de
diâmetro tr" EWC'ü G*p"'uut* 0,083 in)' fabti*u'l.o:-d:i:o carbono' {}
coeficiente rr* p.úruiu p*a a águaé de *ô* utullnxft'x'l'). s coeflciente de
conveeção puru o nuião orgânião é- de 350 btu(hxft'zX'F)'-Â condutividade
rérrnica dr tubo -prãr.rrr- ü valor de 26 btul(h)(ft)('F). calcular o coeficiente
glotrai d* transmisráo O, calor lin:rpo referido à área externa dos tubos" 
Calcular
posteriormemteoe*eficienteglobaldetransmissãodecalorlimpo,
desconsiderando a resistência do rnaterial dos tBbos e ooÍnpârâr os resultados.
á*rp., 223 btu/(hXft'X'F), 238,? btul(hxf i("F)'
3. Um trocador de calor é plojetado para resfriar $m& salução com calor específicc
rnédia de 3840 r{ú;1ç;;* u*ào de 8,7 kg/s que seresf,ria de 75oc até 45'C'
o fluído frio * ag;;e1o* **to," especifico'meãia áe alsü J(kg)(K| 1ue. flui a 9,6
kg/s, pelos tuunr,ãirãna;;is.c. suu*ndo-s* que o coeflci*nte glcbal de troca
térmica sqio reru"üo J ar*u externa dos hibos * áe 500 'ff1(m?)('c), catcular a
tempÊrâtura a* **iOu do fluído fria e a área exten'la de troca ténniça 
para o
escôatnento *o*ur,'u pâssâgem pelo casco e eluas pelos tubas?
R.esP. 40 "C s 71,4 m''
4.QuaIaárearequeridaparaumtrocadordecascoetubos(referidaàáreaextçrfta
dos tubos).o* *g;*r*tuando u§1 p⧧e pelo casco"e Óleo etbtuando dois passÔ§
pelos tutros o** íu seguintes características: vazâa de água 60 lb/firim 
sendo
aquecida de 6Sda ô-O1f *o* calor específicc rnéclio de l,btu/(lb)("F); óleo que
entra a 200*F * à*i*u o tt'ocadar a t+ütF' com çalor específico médio 
de 0'36
btd(lbx.r). Ad;;;-ficiente global de rroca ténnica sujo reftrido à área
exteina doi tubos de 50 btul{hxft1fB'
\, Resp. 20,3ü ft? ,
5. Repetir o prublema anterior pera um trocador 2:4'
3tr
6.
Resp. 19,90 {1?.
um líquido r:rgânico eom ealor específico m€dio de 2300 Jl{kgx'c} a 15oC e -
na vazão de I kgls nul petos tubos de um trocador de calor de casco e tubos l:1 '
No lado do cascc oonder',sa vapür â I l0oc, o qual sÓ eede calcr.latente' 0
trocactor de çalur á constituí<lode ?0 tubos em çobre de 318" BxMG 20 ( diâmetru
cxternci * $"ü09525 À, diâ,netro interno * 0,ü07?50m) de 6 metros de
,oÁfulrrunto cada' Quandc o trocar{or de calor é posto em operação' a
iffiratora cle saída dc lÍquiçla *rgânico é Çü'C; mas após ceÉo tempo de
opciação, e§sâ temperatura baixou para SS"C'
Expli*âr por q§e * tu*p*tut*ra de saída çaiu? Qual o valor do fator de suieira
totai Para esse trocadi:r.
i{--elt"r*-çâo ile inorustação isolante eon} o uso. 0,0üü35?7 (m'z)("c)iw'Água na vaaão de 3ü.000 lb& é aqueeida de 10ü'F a 130o F nurn trocador de
calor de f*ixe tubular. No ladc ds caseo. de un:a pâssràgem, usa-§e água 
quente(
Ínâss& espe*ífica *. ãe,: rün3) à vazão de 15.00ü lbih, com temperatura de
entr*da de 20*"F. oô coeficiente gk:bal de troca térmica sujo baseado na área
interna dos tubo,s é de 25$btulh.ft'.ãF. A veloeidade de escoal§ento peios tubos
deve ser de 1,? {11s. õ *ia**tto intemo dcs tubos d igual a 3/4in' Devido a
problernas d* *rpaç* o-ro*p'i***to. dos tubos não pode ser maior qde & Ít e
po:tanto pod*r.a ser aJotado eventualmentÊ uF.1 comprirnento não comercial 
pana
os tubos. Calcular o nitmer* de passagens peios tubos, o nitrnero de 
tubos por
passageill e o comprimenta doslubou, *nnuiut*ntes corn a sltuação apresentada'
Que tip* de trncadaruo*c in*i*utia? Aclotar calor específico 
mádio para ambos
os fluidos de I btu/lb.'F'
R.esp. Número de passes:Z, número de tubos por pas§e 
: 3S. comprirnento 5'40
ft {1,65 m).
S. óleo quente oom calor específico n:édi* de 2,09 kJlkg.K deverá ser esfriado çm
um trocad*, a* *uilt O;;;. e tubos' fluindo a uma vazâo de 6'3 kg/s'
entrando a 193'c e s*i*cn u l3Üoc. clleo tiio com çalor especifico rnédio de
1.98kJ/ltg.Kdoverádeixarctrosadorcortll35oCnar.azâodel2,skgls,sem
qu* **o*ã lnudança de estada rl*s fluídos'
Sã* e*nhecidos:
Fara o fluido quente ç coçficiente do tran§missão de calor por eonveeção igual 
a
l::g Wi*'.K, fator de inerustação ü'ü00254 m2'K/W"
Fara o fluido frio u çoeficiente de transnrissão de calor pÔr coflvecção igual 
a
1328 W/m?.K, fator de lnerustação {i'000122 m2'KlW'
Per&lntâ-§e 
ftuído frio?a) Qual â tompeíatura de entrada do í
úi q** tipo di trocadcor de calor v*eê escolheria e çom quentos pas§es üo casco
enostubos?Qualdosfluidosdeveráfluirpelostubos?Porque
c) Qual a fator cle correção do tr-MTD
d) Caieular o no**"i*ntá global de troca tórmica liltipo referida à área externa
dcs tubos O*rír*run6o-u resistôncia do material dos tubos e a correção
devido aos diâmetros'
e) Calculao * .o*irti*nte global de trcca térn'riça sujo referido à área externa
dos tubos desprezando a correção devido aos diâmetros
r) Quai a ar** iã trora térmica referida a ár*a externa dos tubos em rn2?
-\ 4"-44
g) §abendo-se que a densid*de média do fluido quente é 88Ü kg/m3 ç adotando-
se arranjo triangul*r conr diâmetra de tubos de % in BWG 18 ( espessura de
0,*49 in), pouuJd* I in e velo*idade de es*oan:ento peios tubos mínitna de
1,4 m/s; dáterininar o nitmerc total de tubos, o comprimento dos rne§mos e o
diârnetro do casec.
h) Cas* o cogrprimento dos tubos for dlferente ao comprimento padrão.( 6 m)'
calcule o número de tubos por pâ§se, a velOcidacle de egcoamerrto pelos
tubos e o ciiâmetro do cascç parâ 0 trocaelor projetado até o iterx g.
i} Caso sej* adotadtt um troçad*r l;1 de eabeçote flutuante, qual o
eomprimento dos tubos?
Lesp. a)'1ü0.C; bituba em U eorn ?:4; óleo qllsnte pois tem inaior fator de
ineiustaçãa; c)0,945; d) 950 Wlmã'K; e) 7G0 Wlm2'K:- 
- - -
fr29,5 nj; gjÇZtubos; i,36 *; 0,336 rn'; h) 2l tubos; 0'336m1 i) 20'3 t11'
9" Unra mistura de hiçlroearbonetÜs na vazão de 135S0 kglh na temperatura de ^
I 10*c ( calcr cspecífrco médio 0"630 kcal&g.'c) deve ser resf iada até 650C
utilizarido-se água de resftianrento que está a 39"C ( calor especíÍico mddio
1,ü01{} kcailkgjC) e deverá deixar o ttoçador a 49oC. Ü fator de incrustação
puru o misturJde tiOroçariro:retos é de ü,ÜS0l h.nT'."Clkcal conr coeficiente de
pàtirutu de 50ü kcal/h.rn3.oC € pafâ a ôgua de restriamento é de 0,0004
h.m?.oC/[<cal, üürn coeficiente áe pelicúa de 5?ü0 keal/h.m2."C. O trocador deve
ser projetaelo *ünâ velocidade mínima pelos tubos de.1'5 m/s'
Assumiroeomprinrerrtcdostulrosde6m,tubosdelindediâmetrocom
espessura Oe O,Ogi in; *u*u* especítica média da rnistura de hidrocarbonetos de
750 kgl*r3 * *u*uá 
"rp**in.u 
méclia da água de resfriamento de 996"5 kg6n3'
üeterminar:
a) Qual dos flBidos deverá fluir pelos tubos e qual o tipo de trccador de
salcr dcverá ssr esoalhido"
Qual a carga ténaic& a ser hocada em kcallh'
Ôuat a ouí*o de água de resf iamento a ser utilizada'
ô eoetieiente gloú41 de troca tentica limpo e sujo' desprezando a
resistôncia doitubos e a eorreção das coeficientes de película pelo
diâmetro dos tubos.
ü LMT* camigido
Â. área de troca térmica referida à áre* externa dos tuhos'
ü número de tubos pür pas§e' o número de tubos totais' c nitmero de
prr**, pelos tubos * p*rl 
"ur*o 
* a velocidade real pelos tubos. conferir
a área de troca tÉnnica final"
ü diâmetro do *ur.o. **sumindo arranjo quadrado com pas§o de i /a in'
Cuülut a perda de carga peleis tubos o pelo çasco.saberdo-se que a
viscosidade média C.a áistr,ra de hidrocarbonetos é de 1,5 x l0-3 kg/m's
* ã, *g*u de resfriamento é 1,0 x 10*3 kglm's' Adotar b:Dc{?'
ns. um ffocador dç calor de tribos conçêntricos { Double-pipe).em fluxos paralelos
eleverá r.,, p*;*t*Jo p** resfriar um oleo eoin calor específico 'rédio de 0,45
btu/lb.'F a qual possui uma temperatrira de entrada de 400uF perâ equ§cet-ágy"u
que estârá nuinOo a uma vazão áe 5.0*CI lb/lr de 60'F até I I0'f" A vazão cle Ólea
será de 6.0(}0 lb/h"
.b)
c)
d)
e)
r)
o\
h)
i)
a1
=J L'
Determinar:
a) a área rcquerida de troca térmica adotando-se Udo = 60 btulh.ft'?.'F
b) o NUT ( níunero de unidades de trassferência de calor).
c) A efetividade de troca térmica desse trocador de calor
Idesp. a) 15,88 ft'z; b) 0,287; c) 77,23 »Á.
Xtr" Para um trocador de calor 1:2 eom área referida à área externa de 20 m? e Ud,o :
400 kcaVh.ml."C; com fluido quente fluinqJo na vazão de 4000 hglh corn calor
específico rnédio de 0,5 kcal/kg.'C e temperatura de entrada de 90oC; e um
fluido frio na vazâo de 16000 kg,/h com calor específico módio de 0,25
kcal,&g.'C e temporatura dc entrada de 20"C. Calçular a efetividade de troca
térmica.
Resp.75%.
X2. Água quente ( calor específico médio de l,S btu/lb.'F) na vazão de 100 lb/min
deve ser esfriada de 1 80oF fluindo pelo casco de um trocador de calor de casco e
tubos 1:2. Fara tanto óleo que entra a 20"F deverâ fluir pelos tubos na vazão de
3865 lb/r? e calor específic* médio de 1,242 btu/lb.ÕF. Sabendo-se que o
çoe{içiente global Ud,o :43,53 btu/h.ft?."F e a área do trocador é de 110 ftz,
deteillrinar a temperatura de saída do fluido frio.
Resp. 98,4 "F
13. R.epetir a exercíçio anterior pala o trocador 2:4 .
14. Um gás puro deve ser dessuperaquecido, çondensado e sub-resfriado de 190'F a
105nF num trocador de calar. O ponto de orvalho desse gás é de 120"F" A água
de resfriamento que circula pelos tubos desse condensador entra a ÇOoF e sai a
I 10oF. Sabsndo*se que o calor a ser retirado pera dessuperaqueçer o gás é de
420.000 btu/h e o calor retirado para condensar d cle 1.260.000 btu/h e o calor
*tilizado para sub-resfriar o gás é de 55ü.Sü0 btt/h, calcular o I-IvlTD
balaneeado.
Resp.21,ü7oC.
X5. A vazão de 29958 kg/h cle uma mistura de n-butano e isobutano deve ser
dessuperaquecida e condensada num trocador de calor. Â temperatura de entrada
da mistura gâsosa é de 93oC, selr ponto de orvalho é 55"C e §eu ponto de bolha é
52"C. O resÊ'iamento é efetuado coin água de restriiamentCI que entra a 25oC e
sai a 48oC. Sabendo-se que a mistura gaso§a superaqueeida possui calor
específico médic de 0,421 kcallkg.'C e qus e entalpia da mistura gâ§o§â a 55oC é
igual a 172 kcal/kg e a 52oC é 94 kcai/kg; calcular o LMTD balanceado.
Resp. 23,ü7o C.
Freparado pelo prof. §dson Robe*o Tavolaro
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