O dimensionamento de um trocador de calor de tubo é uma etapa crucial para garantir seu desempenho ideal para várias aplicações industriais. Como fornecedor de trocador de calor de tubo, lidei com vários clientes que geralmente estão confusos sobre como dimensionar essas peças essenciais corretamente. Neste blog, divulgarei o processo em etapas simples e compartilharei algumas dicas para ajudá -lo a acertar.
Compreendendo o básico
Antes de mergulharmos no processo de dimensionamento, vamos rapidamente repassar o que é um trocador de calor de tubo. Essencialmente, é um dispositivo que transfere aquece entre dois fluidos - um fluindo dentro dos tubos e outro fora dos tubos, na concha. Existem diferentes tipos de trocadores de calor de tubo, como oTrocador de calor do tipo de concha e tubo, Assim,Trocador de calor do tipo de tubo de cobra imerso, eTrocador de calor de placa de tubo duplo. Cada tipo tem suas próprias vantagens e é adequado para aplicações específicas.
Etapa 1: determine a taxa de transferência de calor
A primeira coisa que você precisa descobrir é quanto calor precisa ser transferido. Isso é conhecido como taxa de transferência de calor, geralmente medida em unidades térmicas britânicas (W) ou britânicas por hora (BTU/HR). Para calcular isso, você precisará conhecer as taxas de fluxo, aquecimentos específicos e alterações de temperatura dos dois fluidos envolvidos.
A fórmula para a taxa de transferência de calor (Q) é:
Q = m * cp * Δt
Onde:
- m é a taxa de fluxo de massa do fluido (kg/s ou lb/h)
- CP é a capacidade de calor específica do fluido (j/kg · k ou btu/lb · ° F)
- Δt é a mudança de temperatura do fluido (k ou ° f)
Por exemplo, digamos que você tenha um processo em que a água está sendo aquecida de 20 ° C a 80 ° C a uma taxa de fluxo de 10 kg/s. A capacidade de calor específica da água é de aproximadamente 4,18 kJ/kg · k. Usando a fórmula, podemos calcular a taxa de transferência de calor:
Q = 10 kg/s * 4,18 kJ/kg · k * (80 ° C - 20 ° C)
Q = 10 kg/s * 4,18 kJ/kg · k * 60 k
Q = 2508 kJ/s ou 2508000 W
Etapa 2: Calcule a diferença de temperatura média logarítmica (LMTD)
O LMTD é uma medida da diferença média de temperatura entre os dois fluidos ao longo do comprimento do trocador de calor. É um fator importante para determinar o tamanho do trocador de calor.
A fórmula para LMTD é:
Lmtd = (Δt1 - Δt2) / ln (Δt1 / Δt2)
Onde:
- Δt1 é a diferença de temperatura entre os fluidos quentes e frios em uma extremidade do trocador de calor
- ΔT2 é a diferença de temperatura entre os fluidos quentes e frios na outra extremidade do trocador de calor
Vamos supor que o fluido quente entra no trocador de calor a 100 ° C e sai a 60 ° C, enquanto o fluido frio entra a 20 ° C e sai a 80 ° C.
ΔT1 = 100 ° C - 20 ° C = 80 ° C
ΔT2 = 60 ° C - 80 ° C = -20 ° C (Tomamos o valor absoluto, então ΔT2 = 20 ° C)
LMTD = (80 ° C - 20 ° C) / LN (80 ° C / 20 ° C)
LMTD = 60 ° C / LN (4)
LMTD ≈ 43,28 ° C.
Etapa 3: determine o coeficiente de transferência de calor geral (u)
O coeficiente geral de transferência de calor (U) representa a capacidade do trocador de calor de transferir calor. Depende de vários fatores, como o tipo de fluido, os materiais dos tubos e da concha e as condições de fluxo.
O valor de U pode ser obtido da literatura, dados experimentais ou usando correlações. Por exemplo, para um trocador de calor de concha e tubo com água em ambos os lados, o valor U pode variar de 800 a 1500 W/m² · k.
Etapa 4: Calcule a área de transferência de calor (a)
Depois de ter a taxa de transferência de calor (q), o LMTD e o coeficiente de transferência de calor geral (u), você pode calcular a área de transferência de calor necessária (a) usando a seguinte fórmula:
A = q / (u * lmtd)
Usando os valores de nossos exemplos anteriores:
A = 2508000 w / (1000 w / m² · k * 43,28 k)
A 57,95 m²
Etapa 5: selecione as dimensões e configuração do tubo
Agora que você conhece a área de transferência de calor necessária, é necessário selecionar as dimensões e configuração do tubo apropriadas. Isso inclui o diâmetro do tubo, o comprimento e o número de tubos.
A área de transferência de calor de um único tubo pode ser calculada usando a fórmula:
Stop = π * d * l
Onde:
- d é o diâmetro externo do tubo
- L é o comprimento do tubo
Digamos que você escolha tubos com um diâmetro externo de 25 mm (0,025 m) e um comprimento de 3 m. A área de transferência de calor de um único tubo seria:
ATube = P * 0,025 m * 3 m
ATUBO ≈ 0,236 m²
Para encontrar o número de tubos necessários, divida a área total de transferência de calor pela área de transferência de calor de um único tubo:
Número de tubos = A / ATube
Número de tubos = 57,95 m² / 0,236 m²
Número de tubos ≈ 246
Etapa 6: considere outros fatores
Além dos cálculos acima, há outros fatores que você precisa considerar ao dimensionar um trocador de calor de tubo:
- Queda de pressão: Você precisa garantir que a queda de pressão no trocador de calor esteja dentro dos limites aceitáveis. As quedas de alta pressão podem levar ao aumento dos custos de bombeamento e redução da eficiência do sistema.
- Incrustação: Com o tempo, os depósitos podem se acumular nas superfícies do tubo, reduzindo a eficiência da transferência de calor. Você deve explicar a incrustação usando um fator de incrustação em seus cálculos.
- Compatibilidade do material: Os materiais dos tubos e da concha devem ser compatíveis com os fluidos sendo usados para evitar corrosão e outras reações químicas.
Conclusão
O dimensionamento de um trocador de calor de tubo é um processo complexo que requer uma consideração cuidadosa de vários fatores. Seguindo as etapas descritas neste blog, você pode garantir que você selecione o trocador de calor do tamanho certo para o seu aplicativo.
Se você ainda não tiver certeza de como dimensionar um trocador de calor de tubo ou precisar de ajuda para selecionar o tipo certo para suas necessidades, não hesite em alcançar. Como fornecedor de trocador de calor de tubo, tenho a experiência e a experiência para ajudá -lo a tomar a melhor decisão. Entre em contato conosco para discutir seus requisitos e iniciar o processo de compras.
Referências
- Incropera, FP, DeWitt, DP, Bergman, TL, & Lavine, As (2007). Fundamentos de transferência de calor e massa. John Wiley & Sons.
- Shah, RK, & Sekulic, DP (2003). Fundamentos do projeto do trocador de calor. John Wiley & Sons.
