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Consultar: Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica

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Ttulo [PT]: Anlise energtica e fluidodinmica de trocadores de calor
Autor(es): Otvio Celso Bavia Filho
Palavras-chave [PT]:

Trocadores de calor. Trocadores de calor. Efetividade-NUT. Transferncia de calor. Mtodo analtico. Fluidodinmica computacional. Mtodo numrico. CFD (Computational fluid dynamic). Modelos de turbulncia. Brasil.
Palavras-chave [EN]:
Heat exchanger effectiveness-NUT. Analytical method. Numerical method. Brazil.
rea de concentrao: Cincias Trmicas
Titulao: Mestre em Engenharia Mecnica
Banca:
Alexandre Marconi de Souza Costa [Orientador] - UEM
Oswaldo Curty da Motta Lima - UEM
Mrcio Higa - UEM
Ismael de Marchi Neto - UEL
Resumo:
Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de anlise energtica de eficincia trmica para um trocador de calor casco e tubo. As anlises basearam-se em um resfriador de leo de um compressor de amnia, utilizado na Indstria Gelita do Brasil, situada no noroeste do Paran. Utilizou-se a metodologia ε-NUT para o clculo de efetividade, seguindo os parmetros de projeto e condies de contorno. Analisou-se tambm o comportamento dos fluidos, gua e leo, atravs da fluidodinmica computacional (CFD) empregando o software comercial ANSYS CFX 14.5 - os resultados foram comparados com correlaes empricas apropriadas. Ainda na analise CFD, foram comparadas as predies de dois modelos de turbulncia clssicos (k-ε e Shear Stress Transport). Na anlise ε-NUT, apontou para uma baixa efetividade do trocador de calor casco e tubo (um passe no casco e quatro nos tubos), no atendendo os requisitos exigidos para a compra do equipamento. Tais resultados indicaram o mau dimensionamento do mesmo, como o nmero de passes nos tubos superior ao recomendado pela TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association, Inc) e divergncia nos parametros dados em projeto com os reais calculados. Na anlise CFD, estimou-se a queda de presso no casco e nos tubos, alm dos coeficientes convectivos de transferncia de calor e a partir deles, o coeficiente global de troca trmica. Os resultados comparados com correlaes empricas (Bell-Delaware e Petukhov) foram satisfatrios para o lado dos tubos, porm para o lado do casco obteve-se um alto desvio. A complexidade da geometria, para o lado do casco, no permitiu maior refinamento da malha pelo recurso computacional utilizado o que pode gerar erros em grande escala. Por fim, os modelos de turbulncia utilizados representaram adequadamente o escoamento nos tubos e no casco, verificando a melhor adequao do modelo k-ε em estimar a queda de presso e, do modelo SST, em estimar os coeficientes convectivos de troca trmica.

Abstract: This paper presents a proposal for energy analysis of thermal efficiency for a shell and tube heat exchanger. The analyzes were based on an oil cooler of a compressor ammonia, used in Gelita Industry of Brazil, located in the northwest of Parana. We are utilizing the ε-NUT effective methodology for the calculation, the following design parameters and boundary conditions. Was also analyzed the behavior of fluids, water and oil through computational fluid dynamics (CFD) using commercial software ANSYS CFX 14.5 - The results were compared with appropriate empirical correlations. Also in CFD analysis, the predictions of two classical turbulence models (k-ε and Shear Stress Transport) were compared. The ε-NUT analysis pointed to a low effectiveness of shell and tube heat exchanger (a pass in the shell and four in the tubes), not meeting the requirements for the purchase of equipment. These results indicated the bad design of the same, as the number of passes the upper tubes recommended by the TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association, Inc.) and divergence in the data in project parameters with the calculated real. In the CFD analysis estimated the pressure drop across the shell and the tubes, in addition to convective heat transfer coefficients and from them, the overall heat transfer coefficient. The results were compared with empirical correlations (Bell-Delaware and Petukhov) were satisfactory for the side of the tubes, but for the shell side gave a high deviation. The complexity of the geometry, to the side of the shell, did not allow further refinement of the mesh the computational resource used which can cause errors on a large scale. Finally, turbulence models used properly represented in the flow tubes and the hull, verifying the best fit of the k-ε model for estimating the pressure drop and the SST model to estimate the convective thermal exchange coefficients.
Data da defesa: 30/10/2015
Cdigo: vtls000220629
Informaes adicionais:
Idioma: Portugus
Data de Publicao: 2015
Local de Publicao: Maring, PR
Orientador: Prof. Dr. Alexandre Marconi de Souza Costa
Co-Orientador: Prof. Dr. Oswaldo Cury da Motta Lima
Instituio: Universidade Estadual de Maring . Centro de Tecnologia. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica
Nvel: Dissertao (mestrado em engenharia mecnica)
UEM: Departamento de Engenharia Mecnica

Responsavel: edson
Categoria: Aplicao
Formato: Documento PDF
Arquivo: DISSERTAO FINAL- OTVIO CELSO BAVIA FILHO .pdf
Tamanho: 2212 Kb (2264780 bytes)
Criado: 12-04-2016 15:08
Atualizado: 12-04-2016 15:36
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