Instituto de Aperfeiçoamento e Ensino Superior do Amazonas

Apresentação em tema: "Instituto de Aperfeiçoamento e Ensino Superior do Amazonas"— Transcrição da apresentação:

1 Instituto de Aperfeiçoamento e Ensino Superior do Amazonas
Trocador de Calor / Cálculo do (DTML) Professor: Sullivan Lopes

2 Trocador de Calor

3 Projeto Trocador de Calor
A transferência de calor ocorre do mais quente para o mais frio:

4 Condução, Convecção e Radiação

5 Projeto Térmico / Processo
Algumas considerações: Quais temperaturas envolvidas no sistema? Qual a velocidade que está passando o fluído esquentando? Qual velocidade do fluído resfriando? Qual a temperatura necessária para mudar a qualidade do fluído?

6 Projeto Mecânico / Processo
Algumas considerações: Qual material será usado? Qual o diâmetro do tubo e das paredes? Qual o comprimento do tubo? Qual a quantidade de tubos?

7 Condução do Calor É a transferência de calor através de um sólido. (Parede metálica que separa o fluído quente do frio) O fluxo sofre influência: Diferença de Temperatura Área do Material Distância a ser percorrida Condutividade térmica

8 Trocador de calor espelho fixo

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10 Condutividade Térmica

11 Lei de resfriamento de Newton
Convecção A lei de resfriamento de Newton nos diz que a taxa de transferência de calor é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre os corpos (a e b) ou seja, (dQ/dt) α (Tb – Ta). Onde: q – Taxa de calor [W] h – Coeficiente de convecção [W/m2 oC] A – Área [m2] Tw – Temperatura da parede [oC] T – Temperatura do fluido [oC]

12 Lei de resfriamento de Newton
Ar a Tar = 25oC escoa sobre uma placa lisa mantida a Tw = 150oC. O coeficiente de convecção é de 80 W/m2 oC. Determinar a taxa de calor considerando que a placa possui área de A = 1,5 m2.

13 Situações problemas A deposição ou incrustação causa três tipos de problemas clássicos: Sólido dissolvidos: Cálcio, Magnésio e Sódio. Resolução: Dispersante Sólido suspensos: partículas sólidas que se mantém em suspensão em água Gases dissolvidos: Mais comuns, dióxido de Carbono (CO2), Oxigênio (O2), Nitrogênio (N2), Amônia (NH3) e o Sulfeto de Hidrogênio (H2S)

14 Condução A lei da condução térmica, também conhecida como Lei de Fourier, estabelece que o fluxo de calor através de um material é proporcional ao gradiente negativo de temperatura. Onde: q – Taxa de calor [W] k – Condutividade Térmica [W/moC] A – Área [m2] dT/dx – Gradiente de temperatura [oC/m]

15 Condutividade Térmica
Exemplo: A parede da fornalha de uma caldeira é construída de tijolos refratários com 0,20m de espessura e condutividade térmica de 1,3 W/mK. A temperatura da parede interna é de 1127oC e a temperatura da parede externa é de 827oC. Determinar a taxa de calor perdido através de uma parede com 1,8m por 2,0 m.

16 Velocidade de Escoamento
A velocidade de escoamento influi em quatro aspectos fundamentais: a eficiência de troca térmica, a perda de carga, a erosão e o depósito de sujeira. Quanto maior a velocidade de escoamento num trocador de calor, maior a intensidade de turbulência criada e melhor deve ser o coeficiente de transporte de energia. Fluido Velocidade Recomendada (m/s) Gases e vapores 25 a 30 Líquidos com viscosidade < 50 cP 1 a 3 Líquidos c/ viscosidade entre 50 e 1000 cP 0,5 a 2 Líquidos com viscosidade > 1000 cP 0,2 a 1 Água de resfriamento nos tubos 1 a 2,5

17 Perda de Carga Admissível
Uma perda de carga excessiva representa um consumo operacional de energia elevado, devendo portanto ser evitada. Além disso, não se deve esquecer que o trocador de calor é sempre um equipamento componente de uma unidade de processo. Fluido Perda de Carga Admissível (psi) Gases e vapores em operações a pressões altas ou intermediárias 2 a 10 Gases e vapores em operações a pressões próximas à atmosférica ou sob vácuo 0,3 a 2 Líquidos 10 a 25

18 Localização dos Fluidos
Fluido com maior tendência de incrustação: A velocidade de escoamento pelo lado dos tubos (escoamento em trecho reto ou em U) é mais uniforme e mais fácil de ser controlada. (b) Fluido corrosivo: É melhor circular o fluido corrosivo no lado dos tubos. Pois, assim, "só se corrói" o tubo, que pode ser protegido com uso de material de construção mais resistente ou até ser revestido internamente, se for o caso. O material de construção e o grau de acabamento do casco poderão então ser diferentes e mais brandos. (c) Fluido com temperatura ou pressão muito elevadas: Para serviços de alta temperatura ou alta pressão, os cuidados com o material de construção e vedação têm que ser maiores. Portanto, pelo mesmo motivo anterior, é preferível circular o fluido nessas condições no lado dos tubos. (d)Fluido com menor velocidade de escoamento: Uma velocidade baixa de escoamento prejudica a troca térmica.

19 Localização dos Fluidos
(e) Fluido mais viscoso: Um fluido com alta viscosidade também dificulta a troca térmica. Assim pelo mesmo motivo do item anterior, circula-se o fluido mais viscoso no lado do casco onde é mais fácil intensificar a turbulência. (f) Fluidos letais e tóxicos: Para operação desses fluidos, por motivos de segurança, a vedação é fundamental. A estanqueidade é mais simples de ser garantida no lado dos tubos, usando um espelho (chapa onde estão consolidados os tubos) duplo por exemplo. Então os fluidos periculosos devem circular preferencialmente pelo lado dos tubos. (g) Fluido com diferença entre as temperaturas terminais muito elevada: Se a diferença entre as temperatuas de entrada e saída for muito alta (maior que 150oC) e se houver mais de uma passagem pelo lado dos tubos, recomenda-se circular esse fluido pelo casco. Esse procedimento minimiza problemas construtivos causados pela expansão térmica.

20 Acidente Goodyear  O relatório investigação indicou falha grave de comunicação entre os setores de manutenção e operação quando o serviço de manutenção bloqueou a linha de alívio de pressão sem notificar aos operadores. Entretanto, ficou claro também não houve acompanhamento correto pela operação durante o serviço que estava sendo executado pela manutenção. Normas, bom senso e a boa prática ditam que os trabalhos de isolamento e liberação de linhas são objetos de execução da operação.

21 Lições Aprendidas A importância de ter um treinamento constante na área de segurança do trabalho e de emergência; Obter e controlar com mais eficácia os sistemas eletrônicos da empresa; É fundamental que os operadores monitorem continuamente um sistema de alívio de pressão durante todo o curso de uma manutenção assegurando que todas válvulas estão perfeitamente alinhadas para operação, imediatamente após a conclusão dos trabalhos de manutenção; É muito interessante que as empresas sigam normas da NR-13 - Caldeiras e Vasos de Pressão (aspectos importantes para segurança na instalação, operação, inspeção e manutenção  desses equipamentos).