EQUIPAMENTO DE
TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Permutador de tubos concêntricos
<
2
18m
Desenhe, com o máximo detalhe que conseguir, um
permutador de tubos e caixa com duas passagens do
lado dos tubos. Mostre-o em duas vistas diferentes (as
que considere mais elucidativas). Assinale a direcção e
sentido dos dois fluidos dentro do permutador.
Permutador de tubos e caixa
1-passagem tubos
2-passagens tubos
http://www.youtube.com/watch?v=JipA1cnmVZg&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=LsfRQGm4-Lc
http://www.youtube.com/watch?v=jY-yoqhfR2I&NR=1
Permutador de tubos e caixa
http://www.youtube.com/watch?v=LsfRQGm4-Lc
Permutador de tubos e caixa
Permutador com tubos fixos
Permutador com tubos em U
Permutador de cabeça flutuante
Permutador em espiral
OK para sólidos em suspensão
até 10%.
Permutador de placas
http://www.youtube.com/watch?v=b0pXCIMptAg&NR=1
Permutador de placas
vedações
Permutadores compactos
(para gases)
REF: A.Ferraro, Heat Exchanger Basics, http://www.process-heating.com/CDA/Archives/8a3a404a85ca9010VgnVCM100000f932a8c0____, 2006
Placas
Tubos e caixa
Pressão máxima (bar abs)
21 bar
100 bar
Temperatura máxima (ºC)
150 a 230ºC (dependendo dos vedantes)
540 ºC
Correntes gasosas
Não recomendado
Adequado
Condensação
Não recomendado, excepto vapor baixa
pressão
Adequado
Evaporação
Geralmente não recomendado
Adequado
Viscosidade
< 20 000 cP (bons coeficientes de transferência)
< 10 000 cP
Espaço ocupado
Mais compacto
Menos compacto
Caudais máximos
~ 0.7 m3/s
Muito altos
Área de transferência
0,1 m2   ~ 2500 m2
Muito alta
Possibilidade de expansão
Fácil adição de novas placas
Impossível
Facilidade de inspecção
Fácil
Difícil
Facilidade de limpeza mecânica
Fácil
Só do lado dos tubos
Sólidos
< 5% sólidos finos
Só baixas concentrações de sólidos finos
Líquidos sensíveis à temperatura
Preferível (baixo inventário)
T
Aceitável T baixo (~1º) porque coef. tr. calor
alto
Custo (US$ / ft2) (2006) -aço inox
25-40
30-60
PROJECTO DE
UM PERMUTADOR DE
TUBOS E CAIXA
PRESSUPOSTOS, ESPECIFICAÇÕES
CÁLCULOS PRÉVIOS
(1) Condições operatórias conhecidas - Caudais, temperaturas de entrada
ou saída dos fluidos, pressão de trabalho.
(2) Queda de pressão máxima admitida em ambas as correntes
(3) Dimensionamento térmico – cálculo de temperaturas e caudais que
faltavam
(4) Tipo de escoamento – cocorrente só em certos casos para proteger
substância tèrmicamente sensível. Caso contrário contracorrente
(4) Selecção do tipo de permutador.
Limpeza mecânica dentro dos tubos  feixe desmontável pelo topo da
caixa
Limpeza mecânica dentro dos tubos  evitar tubos em U
(5) Alocação das correntes
O fluido do lado dos tubos deve ser o:
(i) mais sujo
(ii) que está a maior pressão;
(iii) mais corrosivo;
(iv) mais tóxico;
Estes requisitos estão muitas vezes em conflito
(6) Tubos:

Diâmetro – ½” – 1 ½” BWG
mínimo para limpeza mecânica é ¾”

Espessura – tabelas de fabricantes  pressão de trabalho
 Comprimento –
5  L/D0 15.
 Disposição dos tubos
1.25  Pt/d0 1.5
L até 6 m.
d0
Pt
C
Pt
C
• Disposição triangular: maior coeficente de tr. calor, mas maior p no lado
da caixa!
Não é recomendada se for necessária limpeza mecânica
(7) Chicanas do lado da caixa
– Servem de apoio para os tubos
– Aumentam a velocidade do fluido da caixa e coef. tr. calor
– Aumentam a perda de carga do lado da caixa
Espaçamento:
Segmentação:
0.4 D0  B 0.6 D0
25 a 35 %
SEQUÊNCIA DE CÁLCULOS
(I) Estimar área de transferência e nº de tubos, Nt
Ao = q / U F Tml
(admitir F=0.9)
Nt = Ao /Atubo = Ao/(d0L)
Estimativa de U – tabelas (Perry, Kern, etc
II) Seleccionar número de passagens do lado dos tubos, nt
Critério: velocidade de passagem nos tubos
Compromisso entre h elevado, e perda de carga do lado dos tubos
Velocidade mínima para evitar depósitos
Fluxo recomendado:
1000  Gm 1400 kg/(m2s)
para água
1  v  1.4 m/s)
nº passagens
III) Determinar nº exacto de tubos e diâmetro de caixa, Do
1” OD tubes on 1.25 triangular pitch
Shell ID (in)
1-P
2-P
4-P
6-P
8-P
8
21
16
16
14
10
32
32
26
24
12
55
52
48
46
44
…
…
…
…
…
…
39
766
736
700
688
672
IV) Seleccionar número de passagens de caixa, ncaixa
Critério:
F  0.85
em
Ao = q / U F Tml
ncaixa >2 implica permutadores em paralelo
VI) Calcular U
Definidas a geometria e outras variáveis essenciais, já se pode
calcular o U com maior exactidão:


"
"
R
ln
d
d
R
1
1
1
o i  o 

 i 
U d L hd L d L
2kL
d L h d L
o o
i i
i
o
e o
Conferir área de transferência e nº de tubos, Nt
Ao = q / U F Tml
Nt = Ao /Atubo = Ao/(d0L)
Eventualmente corrigir L
CONDENSADORES
vs.
PERMUTADORES
CONDENSADOR

PERMUTADOR
PRINCIPAIS DIFERENÇAS:
h do lado da condensação alto.
F =1 (contracorrente para qq nº de passagens)
 as CHICANAS DO LADO DA CAIXA têm função diferente da
que têm num permutador líquido/líquido
VÁCUO: servem para evitar que bomba/ejector aspire vapores
ATMOSFÉRICO: evitam saída de vapores para a atmosfera pelo
respiradouro
Evaporadores
EXEMPLOS DE EVAPORADORES
(d)
a) Calandria
b) Filme ascendente sem reciculação
c) Evaporação com recirculação (forçada)
d) Filme descendente sem recirculação,
mostrando condensador barométrico
RE-EBULIDORES
(a) Ebulidor interno:
- limitado a baixas áreas de transferência de calor
- fundo da coluna é mais um andar de equilíbrio
b)Termosifão vertical
- não adequado para vácuo ou fluidos viscosos;
- é ebulidor total, o que significa que não corresponde a um
andar de equilíbrio.
b)Termosifão horizontal
- não adequado para vácuo ou fluidos viscosos;
- é ebulidor total, o que significa que não corresponde a um
andar de equilíbrio.
(d) Ebulidor tipo panela (kettle reboiler)
- apropriado para vácuo
- apropriado para grandes áreas de transferência
- ebulidor é um andar de equilíbrio)
LAYOUT (DISPOSIÇÃO)
DO EQUIPAMENTO
Pretende-se mínimo custo de forma a que:
(1) sejam obedecidas normas de segurança;
(2) a operabilidade do equipamento não seja posta em
causa.
Há 2 estratégias básicas na disposição das principais peças de
equipamento
(1) acompanhar a sequência indicada no diagrama de processo
(disposição em linha)
(2) agrupar por equipamentos semelhantes
Muitas vezes o resultado é mistura de (1) e (2)
 A não ser quando necessário, o equipamento de processo
não se encontra encerrado em edifícios.
 Dentro do possível, deve-se minimizar
o comprimento de tubagens de ligação
 Dentro do possível, deve-se minimizar estruturas de suporte
 Elevações resultam caras e perigosas,
mas pode ser necessário elevar algumas peças de equipamento
(para garantir carga efectiva de sucção (NPSH), transporte por
gravidade quando aplicável, etc.)
Deve-se deixar espaços para acesso e manutenção.
 Permutadores de calor, por exemplo, com espaço
para remoção de tubos.
 Válvulas, pontos de amostragem, instrumentos
devem estar em locais de fácil acesso.
 As tubagens seguem normalmente em esteiras
colocadas a ~4-5 m de altura
(para não atrapalharem)
 Frequentemente, os equipamentos dispõem-se de
um e outro lado de uma esteira central de tubagens.
 Deve-se afastar zonas perigosas.
 Zona de armazenagem de solventes, por exemplo a
pelo menos 70 m da zona de processo.
Layout coluna destilação