Simulação numérica de trocadores de calor de placas usando fluidodinâmica computacional: avaliação do desempenho térmico e da influência da geometria

• Autor(a) principal: Santos, Marcos Mamede Soares dos
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRJ
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11422/16719
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA; Trocadores de calor; Fluidodinâmica computacional; Simulações

Trocadores de calor são equipamentos amplamente empregados em plantas industriais para promover o ajuste necessário da temperatura de correntes de processos através da troca térmica entre dois fluidos que possuem temperaturas diferentes. Os Trocadores de Calor de Placas – do inglês, Plate Heat Exchangers (PHE) – possuem uma grande vantagem devido a sua geometria e configuração das placas, que, por geralmente serem corrugadas, fazem com que possuam um desempenho térmico superior ocupando menores áreas instaladas quando comparados aos tradicionais trocadores casco e tubo. A popularidade dos trocadores de placa tem aumentado nos últimos anos, principalmente na indústria de Petróleo e Gás, que processa fluidos corrosivos e com alto grau de impurezas. O presente trabalho tem como objetivo utilizar a Fluidodinâmica Computacional para estudar o funcionamento de um trocador de calor de placas, modelo Compabloc fabricado pela Alfa Laval. Para isso, as simulações foram realizadas utilizando o pacote comercial ANSYS 2021 R1 para uma operação típica da indústria de petróleo e gás: o aquecimento de óleo cru utilizando água como utilidade quente. Visando reduzir o esforço computacional envolvido na simulação, foi empregada uma modificação da abordagem de simulação proposta por SILVA (2014) de segmentação do equipamento. Os resultados obtidos foram comparados com a predição realizada pelo CAS 200 4.5, software desenvolvido pela Alfa Laval para realização do projeto e simulação desse modelo de trocador de placas. Os resultados obtidos por ambas as simulações apresentaram certa discrepância em relação às temperaturas de saída dos fluidos, o que pode ter ocorrido pela não adequada modelagem da turbulência do escoamento. Além disso, foram calculados os coeficientes de transferência de calor por convecção de ambos os fluidos e o coeficiente global de transferência de calor do equipamento por diferentes abordagens. O efeito das corrugações no desempenho do equipamento foi avaliado através da comparação das temperaturas de saída e dos perfis de temperatura, velocidade e fluxo térmico com aqueles obtidos para um trocador análogo constituído por placas lisas.