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Sumário
1. Introdução 2
2. Definição do Problema 3
3. Método e solução 4
4. Conclusão 5
5. Desenho 6
6. Anexos 18
6.1 Rotina Matlab 18
6.2 Gráficos e Tabelas 21
7. Referências Bibliográficas 26
8. Cálculos 27

1.
2. Introdução

Neste trabalho iremos resolver um problema, para o qual é necessário fazer o projeto de um trocador de calor.
Nos processosindustriais, em que se é necessário resfriar ou aquecer um fluido, utiliza-se o trocador de calor, um dos tipos mais usados de trocador de calor é o trocador casco e tubo.
O trocador casco e tubo (fig.1) é utilizado quando tem-se uma vazão alta de fluido e é necessária uma grande área de troca de calor, ele é constituído de tubos paralelos, por onde circula um dos fluidos, montados num cascocilíndrico, no qual circula o outro fluido
Esses trocadores têm vantagens em termos de fabricação, custos e desempenho térmico. Podem ser construídos com grandes superfícies de troca de calor em um volume relativamente pequeno, apresentando grande flexibilidade nas condições de projeto e operação, pois trabalham em uma ampla faixa de temperatura e pressão.
Os componentes básicos de um trocador casco etubo são o casco (1), feixe de tubos, espelhos (2), defletores (ou chicanas) (5), cabeçotes (3 - carretéis e 4 - tampo) e tirantes (6) como no esquema na figura abaixo.
Figura 1 - Trocador de Calor do Tipo Casco e Tubo

3. Definição do Problema

Neste trabalho visamos projetar um trocador de calor casco e tubo que seja capaz de resolver o seguinte problema:

“Para as seguintes condiçõesdo processo, determine a dimensão e o dispositivo do trocador de calor (projeto térmico e projeto mecânico) para preencher as condições que permitem quedas de pressão de 10 psi em cada corrente e um fator de incrustração combinado de 0,004. Use trocadores de calor 1-2 sempre que possível.
Devemos resfriar 32000 lbm/h de oxigênio a 5 psig de 300 até 150 °F usando água a 85 °F. Queda de pressãomáxima permitida para o oxigênio é de 2,0 psi.
Use tubos BWG 16, com DE de 3/4”, comprimento de 12’00”, dispostos num passo quadrado de 1in.”

4. Método e solução

O primeiro fator a ser julgado no nosso projeto foi a escolha do tipo de trocador de calor que seria capaz de realizar a operação descrita no problema. Decidimos por um trocador de calor do tipo casco e tubo, pois de acordo com avazão do oxigênio e a queda de temperatura requisitada este é o tipo de trocador que trará ao processo o melhor rendimento.
Para resolver o problema e projetar o trocador de calor casco e tubo foi necessário adotar a temperatura de saída da agua, o diâmetro interno da carcaça e o espaçamento das chicanas que trariam ao trocador o melhor rendimento e então observar se o projeto mecânico dotrocador seria plausível às condições necessárias, ou seja, se as quedas de pressão e o fator de incrustração solicitados estavam corretos.
O método que utilizamos para adotar estes fatores do projeto foi a criação de uma rotina no matlab (rotina em anexo), nesta rotina estão implementadas todas os cálculos necessários para a verificação dos valores das quedas de pressão e do fator de incrustração(memorial de cálculos em anexo).
Para utilização desta rotina estima-se a temperatura de saída da agua, o espaçamento da chicana e o diâmetro interno da carcaça, com o qual utilizando o quadro 9 do Kern é possível determinar a quantidade de tubos do trocador, sendo estes os dados de entrada do programa.
Posteriormente o programa em conjunto com os gráficos e tabelas do livro (ambos em anexo) e asanalises do usuário determina os valores finais dos fatores requisitados no projeto.
Deste modo intuitivamente foram encontrados os valores que possibilitam as melhores condições para o projeto, os quais são:
* Diâmetro interno da carcaça: 10 in
* Espaçamento das chicanas: 3,6 in
* Temperatura de saída da água: 100 °F
* Quantidade de tubos: 52

5. Conclusão

Depois de...
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