slide op ii
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OPERAÇÕESOPERAÇÕES
UNITÁRIAS IIUNITÁRIAS II
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO JOÃO DEL-REI
DEP. DE ENGENHARIA QUÍMICA E ESTATÍSTICA
PROF.: Alexandre Bôscaro França
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TROCADORES DE CALOR:
TUBOS CONCÊNTRICOS
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CASCO E TUBO
1. Um passe no tubo e um passe no casco
2. Dois passes no tubo e um passe no casco
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COMPACTOS
1. Tubos aletados
PLACAS PLANAS
2. Correntes cruzadas
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PARTES DE UM TROCADOR DE CALOR CASCO E TUBOS:
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TABELA DE EFICIÊNCIA DE UMA ALETA:
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Em uma caldeira flamotubular, produtos de combustão quentes, escoando
através de uma matriz de tubos com paredes finas, são utilizados para ferver
água escoando sobre os tubos. Quando da instalação, o coeficiente global de
transferência de calor era igual a 400 W/(m2K). Após um ano de uso, há
deposição sobre as superfícies interna e externa dos tubos, correspondendo a
fatores de deposição de e , respectivamente.
A caldeira deveria ser parada para serviços de limpeza das superfícies dos
tubos?
WKmR id /0015.0" 2
, WKmR ed /0005.0" 2
,
EXEMPLO 1:
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ANÁLISE DE TROCADORES DE CALOR:
• MÉDIA LOGARÍTMICA DAS DIFERENÇAS DE TEMPERATURA
1. Trocador de calor com escoamento paralelo
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Um trocador de calor bitubular com configuração de correntes paralelas é
utilizado para resfriar óleo lubrificante de um grande motor de turbina a gás. O
óleo deve ser resfriado de 100 para 60 ºC. A temperatura de entrada da água é
de 30 ºC. O coeficiente de troca térmica, é estimado em . Qual a
área necessária para realizar esta troca térmica?
EXEMPLO 02:
KmWU 2/1.38
skgm OH
o
/2.02
skgmoleoo
/2.0
Kkg
kJc OpH 178.4
2
Kkg
kJcpOleo 131.2
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2. Trocador de calor com escoamento contracorrente
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3. Trocador de calor com condições operacionais especiais
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MÉTODO GRÁFICO PARA CORREÇÃO
DA DTml:
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Determinar a área de troca de calor requerida para um trocador de calor
construído de tubos de 25 mm de diâmetro externo, para resfriar 25000 kg/h de
uma solução a 95% de álcool etílico de 65 para 40 ºC, usando 22700 kg/h de
água disponível a 10 ºC. Dado .
a) Carcaça e tubos em correntes paralelas.
b) Carcaça e tubos em contracorrente.
c) Contacorrente com passes na carcaça e 72 nos tubos com alcool escoando
na carcaça e água nos tubos.
d) Correntes cruzadas, com um passe na carcaça e nos tubos, fluido misturado
no lado da carcaça com alcool escoando na carcaça e água nos tubos.
EXEMPLO 03:
KmWU 2/570
Kkg
kcalc OpH 00.1
2
Kkg
kcalcpAlcool 91.0
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RELAÇÕES DE EFETIVIDADE (e) PARA
TROCADORES DE CALOR:
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RELAÇÕES DO NUT DE TROCADORES
DE CALOR:
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MÉTODO GRÁFICO PARA EFETIVIDADE
E NUT APLICADO A TROCADORES DE
CALOR:
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EXEMPLO 04: Um trocador de calor casco e tubos deve ser projetado para
aquecer 2.5 kg/s de água de 15 para 85ºC. O aquecimento deve ser obtido pela
passagem de óleo motor quente, que está disponível a 160ºC, pelo lado do
casco do trocador. Sabe-se que o óleo proporciona um coeficiente convectivo
médio, he , de 400 W/(m2.K) no lado externo dos tubos. A água é dividida em 10
tubos que atravessam o casco. Cada tubo possui parede delgada e diâmetro,
D, de 25 mm, e faz oito passes no casco. Se o óleo deixa o trocador a 100ºC,
qual a sua vazão? Qual o comprimento que os tubos devem ter para que o
aquecimento desejado seja atingido?.
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CÁLCULO DO COEFICIENTE CONVECTIVO
DE TROCA TÉRMICA EM TROCADORES DE
CALOR COMPACTOS:• TUBOS ARRANJADOS EM PARALELO
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• TUBOS ARRANJADOS EM QUINCÔNCIO OU ALTERNADOS
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• CONSTANTES C1 E m DA RELAÇÃO DE GRIMISON PARA
TROCADORES DE CALOR COMPACTOS:
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• FATOR DE CORREÇÃO C2 DA RELAÇÃO DE GRIMSON PARA
TROCADORES COM MENOS DE 10 FILEIRAS DE TUBOS:
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• FATOR DE CORREÇÃO C2 DA RELAÇÃO DE ZUKAUSKAS PARA
TROCADORES COM MENOS DE 10 FILEIRAS DE TUBOS:
• CONSTANTES C E m DA RELAÇÃO DE ZUKAUSKAS PARA
TROCADORES DE CALOR COMPACTOS:
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EVAPORADORES:
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TIPOS DE EVAPORADORES:
S = vapor aquecimento
F = alimentação (carga)
C = condensado do vapor de aquecimento
G = respiradouro
P = produto
V = vapor produzido
EVAPORADORES DE CIRCULAÇÃO FORÇADA
a) Circulação forçada
b) Tubo submerso com circulação forçada
c) Cristalizador tipo Oslo
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S = vapor aquecimento
F = alimentação (carga)
C = condensado do vapor de aquecimento
G = respiradouro
P = produto
V = vapor produzido
EVAPORADORES DE TUBO CURTO VERTICAL
d) Tubo curto vertical
e) Calandra propelente
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S = vapor aquecimento
F = alimentação (carga)
C = condensado do vapor de aquecimento
G = respiradouro
P = produto
V = vapor produzido
EVAPORADORES DE TUBO LONGO VERTICAL
(g) (h)
f) Tubo longo vertical
g) Tubo longo vertical com recirculação
h) Filme descendente
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S = vapor aquecimento
F = alimentação (carga)
C = condensado do vapor de aquecimento
G = respiradouro
P = produto
V = vapor produzido
EVAPORADORES DE TUBO HORIZONTAL
(i)
d) Evaporador de tubo horizontal
e) Evaporador de tubo horizontal com recirculação
![Page 35: SLIDE OP II](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012310/563dbb25550346aa9aaaa6d2/html5/thumbnails/35.jpg)
EVAPORADORES DE COMBUSTÃO SUBMESA
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AUMENTO DA TEMPERATURA DE EBULIÇÃO
DAS SOLUÇÕES (EPE):
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![Page 38: SLIDE OP II](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012310/563dbb25550346aa9aaaa6d2/html5/thumbnails/38.jpg)
![Page 39: SLIDE OP II](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012310/563dbb25550346aa9aaaa6d2/html5/thumbnails/39.jpg)
EXEMPLO 05: Determinar a área de aquecimento necessária para produção de
10000 kg/h de solução de solução de Glicose a 50 % a partir de uma solução de
glicose 10 %, na temperatura inicial de 27 ºC. A evaporação será realizada em um
evaporador de tubos curtos, que tem, conforme se espera, um coeficiente global de
2,7 kW/(m2K). O vapor de água está saturado a 341,0 kPa e 410 K, e o equipamento
pode ser operado em um vácuo de 68,94 kPa à pressão barométrica de 101,35 kPa.
A 32,41 kPa a temperatura de ebulição da água é de 344 K. Considere que a fração
de 10% em massa de açúcar eleve a temperatura de ebulição em 10 K
kg
kJ0,2150SlvH
kg
kJ0,2647Vvh
kg
kJ55,105Flh
kg
kJ99,217Plh
DADOS (nas condições encontradas no
sistema):
;
;
![Page 40: SLIDE OP II](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012310/563dbb25550346aa9aaaa6d2/html5/thumbnails/40.jpg)
EVAPORADORES A MULTIPLO EFEITO:
• ALIMENTAÇÃO DIRETA
• ALIMENTAÇÃO INVERSA
• ALIMENTAÇÃO MISTA
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• ÚNICO EFEITO • DUPLO EFEITO
ELEVAÇÃO NO PONTO DE EBULIÇÃO POR EFEITO:
Temperatura de
entrada de vapor
Temperatura de ebulição
do do solvente puro no
1º efeito
Temperatura de ebulição
do solvente puro no 2º
efeito
Temperatura de ebulição
do solvente puro
![Page 42: SLIDE OP II](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012310/563dbb25550346aa9aaaa6d2/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: SLIDE OP II](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022012310/563dbb25550346aa9aaaa6d2/html5/thumbnails/43.jpg)