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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica

Título [PT]: Análise energética e fluidodinâmica de trocadores de calor
Autor(es): Otávio Celso Bavia Filho
Palavras-chave [PT]:

Trocadores de calor. Trocadores de calor. Efetividade-NUT. Transferência de calor. Método analítico. Fluidodinâmica computacional. Método numérico. CFD (Computational fluid dynamic). Modelos de turbulência. Brasil.

Heat exchanger effectiveness-NUT. Analytical method. Numerical method. Brazil.

Alexandre Marconi de Souza Costa [Orientador] - UEM Oswaldo Curty da Motta Lima - UEM Márcio Higa - UEM Ismael de Marchi Neto - UEL

Resumo: Este trabalho apresenta uma proposta de análise energética de eficiência térmica para um trocador de calor casco e tubo. As análises basearam-se em um resfriador de óleo de um compressor de amônia, utilizado na Indústria Gelita do Brasil, situada no noroeste do Paraná. Utilizou-se a metodologia ε-NUT para o cálculo de efetividade, seguindo os parâmetros de projeto e condições de contorno. Analisou-se também o comportamento dos fluidos, água e óleo, através da fluidodinâmica computacional (CFD) empregando o software comercial ANSYS CFX 14.5 - os resultados foram comparados com correlações empíricas apropriadas. Ainda na analise CFD, foram comparadas as predições de dois modelos de turbulência clássicos (k-ε e Shear Stress Transport). Na análise ε-NUT, apontou para uma baixa efetividade do trocador de calor casco e tubo (um passe no casco e quatro nos tubos), não atendendo os requisitos exigidos para a compra do equipamento. Tais resultados indicaram o mau dimensionamento do mesmo, como o número de passes nos tubos superior ao recomendado pela TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association, Inc) e divergência nos parametros dados em projeto com os reais calculados. Na análise CFD, estimou-se a queda de pressão no casco e nos tubos, além dos coeficientes convectivos de transferência de calor e a partir deles, o coeficiente global de troca térmica. Os resultados comparados com correlações empíricas (Bell-Delaware e Petukhov) foram satisfatórios para o lado dos tubos, porém para o lado do casco obteve-se um alto desvio. A complexidade da geometria, para o lado do casco, não permitiu maior refinamento da malha pelo recurso computacional utilizado o que pode gerar erros em grande escala. Por fim, os modelos de turbulência utilizados representaram adequadamente o escoamento nos tubos e no casco, verificando a melhor adequação do modelo k-ε em estimar a queda de pressão e, do modelo SST, em estimar os coeficientes convectivos de troca térmica. 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.

Idioma: Português Data de Publicação: 2015 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Alexandre Marconi de Souza Costa Co-Orientador: Prof. Dr. Oswaldo Cury da Motta Lima Instituição: Universidade Estadual de Maringá . Centro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Nível: Dissertação (mestrado em engenharia mecânica) UEM: Departamento de Engenharia Mecânica

Responsavel: edson
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: DISSERTAÇÃO FINAL- OTÁVIO 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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