Engeworld-n5-Valvulas Manuais-maio-2013

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(Parte 3 de 7)

Feixe tubular fixo (L, M, N) Por ser o mais simples de todos, os feixes tubulares têm baixo custo inicial. As vantagens de sua aplicação incluem: reduzido perigo de vazamento, uma vez que todas as juntas do casco são eliminadas; diâmetro mínimo de casco (para uma dada área de troca e mesmo número de tubos); o BEM é muito usado para altas pressões no lado do tubo e para altas dilatações devido às grandes DT (por isso, ele é muito utilizado como refervedor); por serem tubos retos, são fáceis de remover e limpar; o AEL é mais fácil de ser fabricado do que qualquer outra unidade com múltiplos passos.

Dentre os tipos L, M e N, este último costuma ser o mais barato, pois tem menos flanges, menos peças usinadas e utiliza tubos em sua fabricação. Os tipos AEL e NEN (ou CEN) são os que apresentam acesso mais fácil do lado dos tubos. O espelho duplo pode ser necessário para evitar vazamentos cruzados entre o tubo e o casco.

Suas limitações são impossibilidade de limpar mecanicamente o lado do casco; necessidade de realizar flushing para fazer limpeza; o fato de a colocação de baffles ser mais difícil do que nos cascos de feixes removíveis; incremento do custo quando o diferencial de temperatura é significativo, devido à necessidade de inserir juntas de expansão no casco para compensar a diferença de dilatação entre o casco e o feixe tubular; e o alto custo da mão de obra empregada na usinagem das peças necessárias à sua fabricação.

Trocador tubo “U” O tipo U tem a mais simples construção mecânica entre os trocadores de calor de feixe removível e, portanto, é o mais barato entre eles. O feixe de tubos U está livre para se expandir no casco e não requer juntas de expansão para alívio por expansão térmica. Outra vantagem é que ele pode ser usado em serviços de alta pressão. Comparado a outros trocadores do tipo feixe tubular, seu número de juntas é reduzido, apresentando menos vazamentos.

O tipo BU é muito usado como aquecedor de tanques do tipo API. Os tipos

O rendimento dos trocadores de fluxo paralelo é menor que o dos demais, uma vez que a temperatura de saída do fluido frio não pode exceder a temperatura de saída do fluido quente, por isso, ele não é considerado quando se deseja apenas recuperar calor.

engeworld | maio 2013 | 19 baioneta e BU são usados como aquecedores de tanques para sucção de bombas, como, por exemplo, em sistemas de óleo combustível, nos quais a viscosidade é alta em temperatura ambiente e o fluido é aquecido para escoar para a bomba.

Em geral, esse tipo de trocador só é usado para serviços limpos, uma vez que a limpeza da curva U é difícil de ser realizada por métodos mecânicos. Seus tubos são de difícil substituição quando avariados, além do mais, os trocadores com diâmetros muito grandes têm dificuldade para suportar os tubos. A colocação de baffles é difícil em comparação aos trocadores de feixe de tubos retos; eles apresentam espaços mortos que reduzem a troca, e fluidos com suspensão sólida podem gerar problemas de erosão em suas curvas.

O trocador tubo – U tipo baioneta é uma boa solução para os problemas de expansão térmica, pois seus tubos estão livres para expandir-se ou contrair-se; além do mais, seus tubos são removíveis, o que facilita sua manutenção e limpeza. Eles são utilizados para aquecimento das sucções de bombas nos ca- sos de fluidos viscosos, para diminuição da viscosidade, e sua construção mais comum é do tipo BEU.

Trocador feixe tubular – tampo flutuante

São os tipos P, S e T (W é feixe tubular flutuante), e os mais sofisticados dentre os cascos e tubos. Este trocador tem tubos retos presos a espelhos localizados em cada uma de suas extremidades. Um desses espelhos é livre para se mover, fornecendo a expansão térmica requerida entre os tubos e o casco.

Eles são de fácil limpeza, pois permitem acesso no lado do casco, podem ter o feixe tubular removido e são muito usados como refervedor. O tipo BES, mais barato que o AES, é empregado em aplicações de altas pressões no lado do tubo, embora o fluido tenha de ser limpo devido ao difícil acesso no lado dos tubos. Já o tipo AES é o mais empregado entre esses trocadores por proporcionar acesso fácil aos tubos e ao casco.

O tipo P é mais caro por demandar peças usinadas e por ser mais pesado. O tipo S é mais barato, pois o casco apresenta diâmetro menor que os demais desta classe. O tipo T possui um diâmetro de casco maior que o requerido pelo tipo S. No Tipo S a expansão dos tubos deve ser maior que a do casco; já no tipo T, tanto faz.

Suas limitações incluem a identificação frequente de zonas mortas e problemas de vazamentos através das juntas.

Os trocadores do tipo BES normalmente são mais baratos que o BET com bonnet, porém, são mais caros que o BET com flange cego na extremidade. Os tipos BES costumam ser mais baratos que o AES e são usados para altas

O trocador tubo – U tipo baioneta é uma boa solução para os problemas de expansão térmica, pois seus tubos estão livres para expandirse ou contrair-se, além do mais, seus tubos são removíveis.

20 | engeworld | maio 2013 pressões no lado dos tubos, mas o acesso aos tubos tende a ser mais complicado.

O tipo P costuma apresentar mais peças usinadas que os tipos S e T, mas também é mais pesado que os demais, o que o torna mais caro.

2-Trocador duplo-tubo De forma geral, o trocador duplo-tubo é o mais econômico e o mais flexível. Sua operação e manutenção também são mais fáceis e ele pode ser facilmente expandido ou reduzido por meio da incorporação ou retirada de elementos.

Suas aplicações mais comuns são em projetos com pressões de até 15.0 psig; líquidos viscosos (µ> 100 cp); baixas vazões; baixas quantidades de troca de calor; áreas de troca entre 2 ≤ a ≤ 50 m2, sendo que sua área de troca pode ser aumentada com o uso de aletas, o que eleva também o coeficiente global de troca térmica.

No entanto, ele apresenta uso limitado em unidades que requeiram grandes superfícies, eles também necessitam de grandes espaços para instalação e materiais que provocam incrustações não devem ser usados com duplo tubo aletado. A principal desvantagem do duplo-tubo é a pequena superfície de transferência em cada forquilha, além do mais, seus coeficientes de troca não são grandes, embora as aletas possam melhorar essa deficiência. Por outro lado, eles são fáceis de limpar e de esterilizar. (Figura 1)

3 -Trocador spiral-plate Geralmente o fluido quente entra pelo centro da unidade e segue de dentro para fora dele. O fluido frio entra perifericamente e flui em direção ao seu centro. Dessa forma, obtém-se um fluxo contracorrente.

Esse tipo de trocador costuma ser utilizado para lamas, devido aos altos coeficientes globais de transferência, por causa da turbulência; para fluidos viscosos (µ > 100 cp); quando há cruzamento de temperatura, pois atinge o perfil contracorrente mas de modo mais econômico que o trocador casco e tubo; em locais em que o espaço é limitado; quando os materiais são caríssimos, uma vez que apresentam menor área (menos material) e são mecanicamente mais simples que os casco e tubos.

Ele tem superfície máxima de troca térmica entre 140 e 150m²; sua pressão máxima de projeto é de 150 psig; e sua limpeza é limitada a jatos d’água, flush out ou limpeza química. Danos por corrosão ocorridos nesse tipo de trocador não podem ser reparados. Sua estrutura também não permite a confecção de grandes unidades, daí, sua limitação de área de troca ser de 150m², e o material usado na sua construção é o mesmo para os dois lados. (Figura 2)

4-Trocador de placas Este trocador é composto por uma série de placas colocadas paralelas entre si. Aplicações: no uso de materiais caros para construção, a combinação de alto coeficiente de troca e baixo custo de fabricação, oferece resultados econômicos significativos sobre o casco e os tubos; este tipo não é fabricado em aço carbono; uso para lamas devido aos altos coeficientes, desde que se tenha certeza de que não ocorrerá plugueamento e nem erosão.

Esse tipo de trocador também permite que se obtenham cruzamentos dos perfis de temperatura (característica do

Os trocadores do tipo BES normalmente são mais baratos que o BET com bonnet, porém, são mais caros que o BET com flange cego na extremidade.

Figura 1

com números de Reynolds tão baixos quanto dez, implicando uma diferença básica de eficiência entre eles e os trocadores do tipo feixe tubular. Ele também pode trabalhar com pequenas diferenças de temperatura

Esse tipo de trocador também permite que se obtenham cruzamentos dos perfis de temperatura (característica do fluido contracorrente). fluido contracorrente). O fluxo contra- corrente é obtido de maneira mais econômica em comparação ao tipo casco e tubo, sendo seu uso recomendado para a recuperação de calor.

Por serem compactos, são usados quando existe limitação de espaço e sua área de troca pode ser facilmente aumentada pela adição de mais placas.

Por ser possível realizar a sua limpeza total, ele é muito usado nas indústrias bioquímica e de alimentos. Ele também impossibilita a contaminação entre as duas correntes de fluidos, pois os vazamentos ocorrem sempre para o meio externo (exceto em caso de furos nas placas); tem capacidade para atingir um fluxo turbulento nos canais

Figura 2

ConnECtIon bEtwEEn

ConDEnSER AnD

ColuMn top FlAngE

SEAl lEg

2 | engeworld | maio 2013 do conjunto mecânico e seu assembling pode ser complexo (linearidade, robustez, alinhamento etc.). Algumas dessas limitações já foram solucionadas com o uso de trocadores de placas compactos totalmente soldados, que, ainda assim, apresentam possibilidade de limpeza. (Figura 3)

5-Trocador espiral Usados em aplicações de altas pressões (7.500 psi), em locais em que há limitação de espaço, para baixas vazões e para áreas de trocas pequenas. Suas limitações incluem área de troca máxima ≤ 25m² (podendo chegar a 50 m² em casos excepcionais); seus tubos não podem ser limpados mecanicamente; e ele apresenta baixos coeficientes de transferência. (Figura 4)

6-Air cooler A vantagem econômica de usar um air-cooler depende dos seguintes fatores: • quantidade e qualidade da água disponível; • temperatura do ar ambiente, bem como da água de resfriamento disponível; • temperatura do fluido, tanto na entrada quanto na saída; • pressão de operação;

• custo dos materiais de construção;

• custos de manutenção e operação;

• localização física e espaço disponível para colocação do trocador. Mesmo com pressões e temperaturas elevadas de operação, esses trocadores costumam apresentar a forma mais simples de construção. Eles eliminam problemas associados ao uso de água de resfriamento (corrosão, algas, tratamento, incrustação etc.); são excelentes para remover altas temperaturas, especialmente aquelas acima de 90ºC; demandam menos manutenção que um feixe tubular; suas aletas podem ser limpadas com ar comprimido; seus custos operacionais são menores; ele não apresenta problemas de vibração e tende a usar espaços menores que os demais.

Suas desvantagens incluem alta limitação quanto à temperatura de saída do fluido de processo; aplicação para gases limitada devido aos baixos coeficien-

Usados em aplicações de altas pressões (7.500 psi), em locais em que há limitação de espaço, para baixas vazões e para áreas de trocas pequenas.

(approach) entre a saída do fluido quente e a entrada do fluido frio, devido à sua grande eficiência térmica.

Suas limitações dizem respeito à máxima pressão de projeto de 150 psig; em geral, seu uso é limitado à máxima temperatura de operação de 150°C, embora já seja possível especificá-la em 230ºC. Por estarem em contato com os fluidos, as juntas devem ser compatíveis com eles; não apresentam vantagens econômicas quando usados como vaporizadores ou condensadores; em geral, a área de troca é limitada a 350m²/unidade; por terem muitas juntas, não são adequados para o manuseio de materiais letais, tóxicos e inflamáveis; áreas grandes demandam muito esforço

Figura 3 Figura 4

engeworld | maio 2013 | 23 engeworld | maio 2013 | 23

24 | engeworld | maio 2013 tes de troca; investimento menor; seu uso junto a fluidos tóxicos, letais ou inflamáveis é perigoso; no caso de vazamentos, o fluido escapa para a atmosfera; é inadequado para serviços com vácuo, embora seja usado nesse tipo de aplicação; tem limitações devido à perda de carga; (Figura 5) Seu uso é compensado quando:

TQ,out – T air,in ≥ 15-30°C lmTd ≥ 40 a 50°C ouTros faTores a serem considerados nos Trocadores Tipo casco-Tubo

Projeto do casco Single-pass e two-pass shell O single-pass é o mais comum, mas seu uso é restrito às condições em que não há cruzamento de temperatura. O two-pass é usado para serviços nos quais pode ocorrer cruzamento de temperatura e nos quais há limitações de espaço que excluem o uso de dois ou mais cascos em série e, também, quando a vazão no lado do casco é bem menor do que a do lado dos tubos. Já o two-pass shell permite o cruzamento de temperatura.

Split-flow e divided-flow São usados em serviços em que o coeficiente de troca térmica do lado do casco não é controlador e deseja- -se obter uma baixa perda de carga no lado do casco. Apesar de demandar área de troca, por causa da troca de calor desejada, trocas com o coeficiente global de transferência reinante com a metade do comprimento do tubo podem ser obtidas.

Chicanas (baffles) e placas de suporte para os tubos (Figura 6)

Os segmentos simples com corte na horizontal são usados para fase simples; os segmentos simples com corte na vertical são usados para duas fases (líquido-vapor ou líquido-sólido em suspensão).

O segmento duplo é usado para uma baixa perda de carga; o segmento duplo com corte na horizontal é usado para fase simples e baixa perda de carga; o segmento duplo com corte na vertical é usado para duas fases (líquido-vapor ou líquido-sólido em suspensão) e baixa perda de carga.

O segmento completo é utilizado para dividir o trocador em duas sessões (fluxo dividido com dois passes em cada sessão, no lado do casco). O segmento longitudinal é usado para configurar o passe duplo em um trocador

O segmento completo é utilizado para dividir o trocador em duas sessões (fluxo dividido com dois passes em cada sessão, no lado do casco).

1. Fan 2. Fan ring

3. Plenum

4. nozzle 5. Header

6. Tube bundle

7. drive assembly 8. Column suport

9. inlet bell

Figura 5

Figura 6

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Arranjo dos tubos (tube pitch) Tipo square: tem fácil limpeza mecânica, gera baixos DP, mas os coeficientes de troca são piores.

Triangulares: tem perdas mais altas de carga, coeficientes de troca melhores, se o fluido for sujo, apresenta necessidade de limpeza química, não permite limpeza mecânica, comporta mais tubos para um dado Ø de casco do que o tipo square. (Figura 7)

Tubos • Diâmetro: eficiência térmica e considerações econômicas requerem o menor diâmetro possível. O objetivo é maximizar a relação área de troca/ diâmetro de trocador. Entretanto, seu limite prático é o requerimento de limpeza mecânica: ¾” para tubos retos, 1” para tubos em U, 5/8” para líquidos limpos para aqueles em que a limpeza química, se necessária, é possível e suficiente. • Comprimento: quanto mais longo o tubo, mais barato é uma dada superfície. Seis metros ou 20 ft são considerados o comprimento máximo para os tubos quando a limpeza mecânica é requerida. • Arranjo: a forma triangular é a que melhor favorece os coeficientes de troca no lado do casco e fornece maior área de troca para um dado diâmetro, entretanto, a forma quadrada que deve ser usada quando se requer limpeza mecânica. Esta última também apresenta DP menor, contudo, seus coeficientes de película são menores.

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