Um trocador de calor casco e tubos é uma classe de projetos de trocador de calor. É o tipo mais comum de trocador de calor em refinarias de petróleo e outras grandes instalações de processos químicos, e é adequado para aplicações para alta pressão.
Como seu nome implica, esse tipo de trocador de calor consiste em um casco (um grande vaso de pressão) com um feixe de tubos dentro dele. Um fluido corre através dos tubos, e outro fluido corre sobre os tubos (através do casco) de maneira a transferir calor entre os dois fluidos.
O conjunto de tubos é chamado feixe de tubos, e pode ser composto por diversos tipos de tubos: planos, longitudinalmente aletados, etc.
Trocadores de calor são equipamentos largamente empregados em indústrias. Entre as muitas possibilidades para esse tipo de equipamento, os trocadores de casco e tubos são os mais versáteis devido às vantagens que apresentam como fabricação, custos e, principalmente, desempenho térmico.
A crescente preocupação da indústria em melhorar seus processos, minimizar custos, e fazer uso racional da energia serve como uma motivação em especial para a otimização do projeto de trocador de calor casco tubo. Será projetado um trocador de calor casco e tubo para resfriamento de óleo.
Para fazer essa troca térmica, será utilizada água em temperatura ambiente. Neste trabalho, será desenvolvido cálculos de projeto, tendo variações de vazão dos fluidos e variação de temperatura já definidas de um equipamento já existente, eficiência da troca térmica entre fluidos, projeto mecânico de acordo com as normas referentes ao equipamento.
Ao final do projeto de trocador de calor casco tubo, será feito um comparativo dos resultados obtidos entre o trocador de calor já existente e o trocador de calor projetado.
COMO PROJETAR UM TROCADOR DE CALOR?
Para dimensionar um trocador de calor, primeiramente devemos considerar alguns fenômenos térmicos:
Convecção forçada: convecção térmica é a transferência de calor que ocorre pela movimentação relativa entre dois elementos a diferentes temperaturas, como por exemplo, de um fluido sobre uma superfície. No caso de trocadores de calor, intitula-se convecção forçada, uma vez que a movimentação do fluido é causada por uma força externa (bombas, turbinas, ventiladores, etc.).
Condução: esta é a transferência de calor causada naturalmente pela diferença de temperaturas entre regiões de um mesmo meio, ou seja, através de uma parede, placa ou tubo. Este fenômeno é baseado no princípio de agitação térmica entre moléculas em contato direto.
Radiação: esta é a transferência de calor proporcionada por meio de ondas eletromagnéticas. No caso de trocadores de calor, esta transferência é considerada desprezível.
A ESCOLHA DA TECNOLOGIA
A escolha da tecnologia mais apropriada para o determinado trabalho está relacionada a alguns fatores:
O processo térmico (temperaturas requeridas, eficiências, etc.)
A natureza dos fluidos
A aplicação
As restrições de instalação e manutenção levando em consideração estes fatores, a Retubar projeto de trocador de calor casco tubo define o tipo mais adequado de trocador de calor, bem como seus materiais de construção. Em alguns casos, a necessidade do uso de materiais específicos determina a escolha do tipo de trocador (por exemplo, a aplicação em água do mar requer emprego de titânio, material que não pode ser aplicado em qualquer tipo de trocador).
CÁLCULO DA PERDA DE CARGA NO TROCADOR DE CALOR
Um fluido em movimento sofre perdas de energia devido à fricção nas paredes (perda de carga regular) ou contratempos (perda de carga singular) tais como curvas e chicanas. A perda de energia, expressa em queda de pressão (ΔP), tem de ser compensada para permitir que o fluido continue em movimento.
Quando um trocador de calor é projetado, sua perda de carga pode ser calculada através de diferentes correlações determinadas pelas características da superfície de troca térmica.
EFICIÊNCIA E EFICÁCIA DO TROCADOR DE CALOR
Não devemos confundir eficiência e eficácia. De fato, considerando que não haja perdas por radiação, a eficácia do trocador de calor é igual a 1.
A eficiência (rendimento) corresponde à seguinte fórmula:
Nas condições reais, é impossível obtermos um rendimento de 100%. O rendimento do trocador depende da quantidade de energia a ser transferida e das temperaturas da aplicação do cliente. Em muitos casos, o rendimento é um requisito previamente fixado pelo próprio cliente.
Quando precisar de consultoria qualificada para realização de projeto de trocador de calor casco tubo entre em contato com a Retubar engenharia.
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