Guilherme Medeiros – Marcello de Miranda – Yuri Nunes

Guilherme MedeirosMarcello de Miranda

Yuri Nunes

Trocadores de Calor

Projeto de uma unidade de escaldagem de frangos abatidos

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Projeto de Trocadores de Calor 2

Descrição do problema

• Projeto de um sistema capaz de mergulhar 1200 frangos por hora em um tanque com água à temperatura média de 53°C;

• O tempo de imersão é de 90 s, sendo mantido e retirado por um transportador de baixa movimentação;

• Os frangos têm a massa média de 2,2 kg e temperatura média de 36°C.

• O frango sai do tanque 15% mais pesado;• A distância centro a centro entre os frangos em qualquer direção

será de pelo menos 30 cm;• O tanque deve ter largura máxima de 3m e altura máxima de 60cm.

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Projeto de Trocadores de Calor 3

Descrição do problema

• A água perdida é reposta com água da cidade a 16°C;• A água deve circular por um trocador de calor que é aquecido com

os gases de exaustão de um forno a gás natural que aumenta a temperatura da água em até 5°C;

• A temperatura do ar no ambiente é igual a 20°C;• As paredes e o piso do tanque são isolados com uma camada de

poliuretano de 2,5 cm de espessura;• A unidade funciona 24h por dia durante 6 dias por semana.

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Projeto de Trocadores de Calor 4

Condições

• Vazão mássica de água de reposição fornecida ao tanque;• Comprimento do tanque;• Taxa de transferência de calor da água para o frango;• Velocidade do transportador;• A taxa de perda de calor da superfície exposta do tanque;• Tamanho do sistema de aquecimento;• Tipo de trocador de calor para aquecimento da água com os gases

de exaustão do forno;• Superfície do lado da água;• O custo de funcionamento da unidade de escaldagem por mês para

custo unitária de $ 0,90 therm / gás natural

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Projeto de Trocadores de Calor 5

Vazão mássica de água de reposição fornecida ao tanque;• Hipóteses:- Tempo de operação: 45 s (tempo necessário para subir ou descer)• Cálculo:- Número de ciclos: 20 ciclos / hora- Quantidade de frangos por ciclo: 60- Vazão de água reposta por ciclo: 20L / ciclo = 1,115 x 10^(-4)

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Comprimento do tanque

• Cálculo:- Considerando a distância centro a centro, L = 180 cm• Dimensões do tanque: 3 x 1,8 x 0,6 m

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Taxa da transferência de calor para o frango• Hipóteses:- A temperatura final do frango é 38°C- A propriedades da água são constantes e iguais a 53°C- Coeficiente de convecção do ar é 24 W/m²K• Cálculo:- Calor transferido da água para o frango é 8,6 kW

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Velocidade do transportador

• Hipóteses:- Deslocamento do transportador é 1 m• Cálculo:- Velocidade é de 2,2 cm/s

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Taxa de transferência de calor das superfícies expostas do tanque• Hipóteses:- 80% do volume do tanque está preenchido- Não há perda de calor no fundo do tanque• Cálculo:- Perda de calor por convecção para o ambiente é 4,3 kW- Perda de calor nas paredes é 0,135 kW

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Tamanho do sistema de aquecimento• Cálculo:- Transferência de calor para a água reposta a 16°C é 17,0 kW- Calor total perdido no taque é 1,082 x 10^5 kJ/hr

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Tipo de trocador de calor

• Hipóteses:- Duplo tubo de fluxo contracorrente- Diâmetro interno é 2 in- Diâmetro externo é 3 in- Velocidade de escoamento da água é igual a 2 m/s- O ar sai do forno a 600 °C- Vazão do gás é 0,5 kg/s• Cálculo:- Temperatura de entrada da água é 52,5°C- Temperatura de saída da água é 54°C- Temperatura de saída do gás é 546°C- LMTD = 246°C

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Tipo de trocador de calor

• Cálculo do coeficiente global- Coeficiente de convecção interno = 8035 W / m² K- Coeficiente de convecção externo = 592,5 W / m² K- Coeficiente global (U) = 552 W / m² K• Cálculo do comprimento do trocador- Comprimento igual a 66 cm

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Custo de funcionamento mensal

• Hipóteses:- Therm = 99.976 BTU- Custo do gás natural é 8,53 x 10^(-6) US$ / kJ- Eficiência da combustão é igual a 85%• Cálculo:- Custo total de operação é 625,64 dólares / mês

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