Simulação numérica de trocadores de calor de placas usando fluidodinâmica computacional: avaliação do desempenho térmico e da influência da geometria
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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 |
Resumo: | 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. |
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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. 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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.porUniversidade Federal do Rio de JaneiroUFRJBrasilEscola de QuímicaCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICATrocadores de calorFluidodinâmica computacionalSimulaçõesSimulação numérica de trocadores de calor de placas usando fluidodinâmica computacional: avaliação do desempenho térmico e da influência da geometriainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisabertoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81853http://pantheon.ufrj.br:80/bitstream/11422/16719/2/license.txtdd32849f2bfb22da963c3aac6e26e255MD52ORIGINALMMSSantos.pdfMMSSantos.pdfapplication/pdf1316806http://pantheon.ufrj.br:80/bitstream/11422/16719/1/MMSSantos.pdf48cd57cba96dbc04755a755296485f93MD5111422/167192023-11-30 00:01:48.082oai:pantheon.ufrj.br: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Repositório de PublicaçõesPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestopendoar:2023-11-30T03:01:48Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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