Análise da transferência de calor por convecção em tanques com impulsores mecânicos equipados com chicanas verticais tubulares

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rosa, Vitor da Silva
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77334
Resumo: Orientadora: Profa. Dra. Juliana Tófano de Campos Leite Toneli
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spelling Análise da transferência de calor por convecção em tanques com impulsores mecânicos equipados com chicanas verticais tubularesTANQUESIMPULSOR AXIAL E RADIALCHICANA TUBULAR VERTICALTANKAXIAL AND RADIAL IMPELLERVERTICAL TUBE BAFFLESPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENERGIA - UFABCOrientadora: Profa. Dra. Juliana Tófano de Campos Leite ToneliDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2014.Os tanques com impulsores mecânicos são empregados nas indústrias químicas, petroquímicas, alimentícia, farmacêutica e mineral, como reatores químicos, diluidores, decantadores, misturadores e trocadores de calor. A transmissão de calor em tanques com agitação é realizada através das jaquetas, serpentinas helicoidais, serpentinas em espiral e chicanas tubulares verticais, sendo que existe uma carência de dados na literatura sobre a utilização das chicanas tubulares, em projetos em escala industrial. O presente estudo teve por objetivo principal comparar a transferência de calor e o consumo energético em tanques com impulsores mecânicos, axial e radial, equipados com chicanas tubulares verticais. Como objetivos específicos, o presente estudo visou determinar correlações semi-empíricas para o coeficiente convectivo no escoamento externo, em relação aos impulsores mecânicos utilizados em função dos parâmetros de similaridade Reynolds e Prandtl, e avaliar o efeito do impulsor mecânico sobre a potência consumida e a transmissão de calor. A unidade experimental consistiu, basicamente, de um tanque de acrílico com um volume útil de 50 litros, um impulsor mecânico axial, um impulsor radial tipo turbina, um motor elétrico de 2,5 hp e uma chicana tubular com 4 bancos de tubos de cobre. Os fluidos frios utilizados foram água e solução de sacarose com concentrações de 20% e 50% em massa. O fluido quente utilizado foi água à temperatura constante de 60°C e vazão de 1,2 LPM. Os ensaios foram realizados alternando as rotações na faixa de 90 a 330 RPM e a temperatura de entrada do fluido frio no intervalo de 28°C a 45°C. A potência consumida por ambos os impulsores mecânicos foi determinada a partir da técnica da medição do torque gerado no motor elétrico. O modelo obtido para a previsão do coeficiente externo de convecção, com o impulsor axial apresentou, um desvio médio de 21% e o modelo para o impulsor radial, um desvio médio de 25%. A partir dos modelos obtidos, verificou-se que o impulsor radial incrementa a transmissão de calor em 43% quando comparado com o impulsor axial. A rotação ideal para a maior transmissão de calor, durante o aquecimento das soluções, com o menor consumo de energia foi de 300 rpm. A partir das curvas simultâneas do número de potência e do número de Nusselt, conclui-se que o impulsor axial é o mais indicado para o aquecimento tendo em vista o seu baixo consumo de potência em relação ao impulsor radial.EThe tanks with mechanical impellers are employed in chemical, petrochemical, food, pharmaceutical and mineral industries, as chemical reactors, thinners, decanters, mixers and heat exchangers. The heat transmission in tanks with agitation is performed through the jackets, helical coils, coils in spiral and vertical tubular baffles, considering that there is a lack of data in the literature on the use of tubular baffles, in industrial scale projects. The present study aimed to compare the main heat transfer and energy consumption in tanks with mechanical axial and radial impellers equipped with tubular vertical baffles. As specific objectives, this study aimed to determine correlations for convective coefficient in the external flow in relation to mechanical impellers used in function of Reynolds and Prandtl similarity parameters, and evaluate the mechanical effect on power consumption and heat transmission. The experimental unit consisted primarily of an acrylic tank with a useful volume of 50 liters, an axial mechanical and turbine type radial impeller, a 2.5 hp electric motor and a tubular chicanery with 4 banks of copper tubes. The cold fluids applied were water, and sucrose solution with concentrations of 20% and 50% by mass. The hot fluid applied was water at constant temperature of 60° C and a 1.2 LPM flow. The tests were carried out in the range of rotations by 90 to 330 RPM and the cold fluid inlet temperature in the range from 28° C to 45° C. The power consumed by both mechanical impellers was determined through the thechnique of measurement of the torque generated at electric motor. The model obtained for external coefficient prediction of convection with the axial impeller presented an average deviation of 21% and the template for the radial impeller, a standard deviation of 25%. From the models obtained, it was found that the radial impeller increases the transmission of heat in 43% when compared with the axial impeller. The ideal rotation for greater heat transfer during heating of the solutions with the lowest energy consumption amounted to 300 rpm. From the number of concurrent power curves and Nusselt number, it is concluded that the axial impeller is the most indicated for heating in view of its low power consumption compared to radial impeller.Toneli, Juliana Tofano de Campos LeiteGarrido Gallego, AntonioRosa, Vitor da Silva2014info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf133 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77334http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77334&midiaext=70760http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77334&midiaext=70759Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=77334porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-22T15:44:16Zoai:BDTD:77334Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-22T15:44:16Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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