TAMPOS ASME

  • View
    2.411

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

UNESP - Universidade EstadualPaulistaJulio de Mesquita Filho Campus de Bauru Faculdade de Engenharia de Bauru Departamento de Engenharia Mecnica

Projeto mecnico e anlise trmica de tanques cilndricos verticais com agitao e superfciede troca de calor Silvio Luiz Arfelli Licenciado em Engenharia Mecnica

Bauru 2009

Projeto mecnico e anlise trmica de tanques cilndricos verticais com agitao e superfciede troca de calor Silvio Luiz Arfelli

Dissertao apresentada Faculdade de Engenharia da Unesp CampusdeBauru, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Mecnica. Orientador: Prof. Dr. Paulo Csar Razuk Bauru 2009

Arfelli, Silvio Luiz. Projeto mecnico e anlise trmica de tanques cilndricos verticais com agitao e superfcie de troca de calor / Silvio Luiz Arfelli. - Bauru 2009. 56 f. : Il. Orientador: Paulo Csar Razuk Dissertao (Mestrado)Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia, Bauru, 2009 1. Tanques. 2. Agitao. 3. Transferncia de calor. 4. Reatores I. Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia. II. Ttulo.

ii

s pessoas que eu amo, especialmente para meus pais, filhos e esposa. DEDICO

Agradecimentos Ao Prof. Dr. Paulo Csar Razuk, do Departamento de Engenharia Mecnica, UNESP Bauru, pela orientao, incentivo, amizade e dedicao durante o desenvolvimento deste trabalho. Aos professores do programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica, UNESP Bauru. diretoria da ZBN Indstria Mecnica, os amigos Celo Nicoletti, Jos Carlos Brochi e Jos Carlos Zamoner, pela gentileza em permitir que me ausentasse do servio para cumprir toda a carga acadmica deste curso. Aos amigos Evandro Carriel, Ricardo Roberto Cristovam, Humberto de Souza Neves e Fabrcio Brochi, pela contribuio prestada na rea computacional. Aos amigos de curso, pela amizade e convivncia.

Sumrio LISTA DE TABELAS ................................................................................................................ iLISTA DAS FIGURAS .............................................................................................................. iiSIMBOLOGIA .......................................................................................................................... iiiRESUMO ................................................................................................................................... ixABSTRACT ................................................................................................................................. x1. Introduo ........................................................................................................................ 11.2 Objetivo ....................................................................................................................... 12. Reviso de literatura ........................................................................................................ 22.1 Tanques ........................................................................................................................ 22.1.1 Relao entre dimetro (T) e altura (H) ....................................................................... 32.1.2 Determinao do volume ............................................................................................. 42.2 Sistema de agitao .................................................................................................... 132.2.1 Tipo de agitadores ...................................................................................................... 142.2.2 Determinao de clculo de agitao ......................................................................... 152.2.3 Nvel de agitao........................................................................................................ 192.3 Formas de transmisso de calor ................................................................................. 202.3.1 Sistema de transmisso de calor em tanques .............................................................. 232.3.2 A jaqueta convencional e a serpentina meia-cana ...................................................... 242.3.3 Opo de aquecimento na jaqueta, vapor saturado ou gua quente. .......................... 262.3.4 Coeficiente global de troca de calor ........................................................................... 272.3.5 Operao contnua ou em bateladas ........................................................................... 272.3.6 Coeficiente de pelcula gerada pelo fluido que circula na jaqueta ............................. 282.3.7 Sistema de aquecimento com serpentina meia-cana .................................................. 302.3.8 Fluidos em condensao na jaqueta ........................................................................... 302.3.9 Coeficiente de pelcula para o produto no interior do reator ...................................... 31ii

3. Materiais e mtodos ....................................................................................................... 353.1 Propriedades fsicas dos fluidos ................................................................................. 353.2 Programa Geopack ..................................................................................................... 383.3 Avaliao da geometria dos tanques .......................................................................... 403.4 Estudo dos coeficientes de pelculas e rea de transmisso de calor em um reator industrial .............................................................................................................................. 414. Resultados e discusses ................................................................................................. 424.1 Avaliao da influncia da relao (T/H) no aproveitamento das chapas e na rea disponvel para aquecimento. .............................................................................................. 424.2 Estudo da agitao, potncia consumida e determinao do coeficiente de pelcula interno. ................................................................................................................................. 444.2.1 Determinao do coeficiente de pelcula externo (fluido de aquecimento) ............... 464.2.2 Determinao do coeficiente global de troca de calor ............................................... 474.2.3 Determinao da rea de troca de calor para o tempo de 1 hora de aquecimento ...... 484.2.4 Consumo de combustvel para gerao do vapor ....................................................... 504.2.5 Capacidade mxima dos tanques estudados ............................................................... 515. Concluso ...................................................................................................................... 526. Referncias bibliogrficas citadas e consultadas ........................................................... 53 i

Lista de Tabelas Tabela 1 - Tipos de tampos e indicaes de uso......................................................................... 2Tabela 2 - Dimenses principais do tampo toroesfrico ............................................................ 7Tabela 3 - Volumes das sees do tampo toroesfrico ............................................................... 7Tabela 4 - Dimenses principais do tampo toricnico ............................................................... 9Tabela 5 - Volumes das sees do tampo toricnico ................................................................ 10Tabela 6 - Nveis de agitao ................................................................................................... 20Tabela 7 - Constantes da equao (81) ..................................................................................... 32Tabela 8 - Constantes do impelidor Rushton e seis ps inclinadas a 45 ................................. 34Tabela 9 - Viscosidade, calor especfico e condutibilidade trmica do xarope de acar cristal simples em funo da temperatura ( = 1300 kg/m e 60 Brix) ............................................. 36Tabela 10 - Propriedades fsicas da gua.................................................................................. 36Tabela 11 - Propriedades termodinmicas do vapor dgua..................................................... 37Tabela 12 - Dimensionais dos tanques em estudo .................................................................... 42Tabela 13 - Resultados obtidos para sistema de agitao e coeficiente de pelcula interno ..... 44Tabela 14 - Determinao do coeficiente de pelcula externo para presses de 5 e 10 bar ..... 47Tabela 15 - Determinao do coeficiente global de troca de calor .......................................... 47Tabela 16 - rea (m) necessria para aquecimento ................................................................ 49Tabela 17 Consumo (kg) de leo BPF para uma hora de aquecimento ................................ 50Tabela 18 - Comparao das capacidades mximas de aquecimento entre os tanques ............ 51ii

Lista das Figuras Figura 1 - Foto tampo toroesfrico Fonte Eica Equipamentos Industriais (2008) .................. 4Figura 2 - Tampo toroesfrico raio 6% - Fonte Eurobase (2008) .............................................. 5Figura 3 - Tampo toroesfrico raio 10% - Fonte Eurobase (2008) ............................................ 5Figura 4 - Solda entre cascos e tampos - Norma ASME Razuk (2006) .................................. 5Figura 5 - Diviso do tampo toroesfrico para clculo de volume Razuk (2006) ................... 6Figura 6 - Dimenses principais do tampo toroesfrico - Fonte Razuk (2006) ......................... 6Figura 7 - Tampo cnico de dimetro T e semi-ngulo da geratriz com vertical (1) ............... 8Figura 8 - Dimenses principais do tampo toricnico - Fonte Razuk (2006) ............................ 9Figura 9 - Diviso do tampo toricn