Modelagem de sistema de distribuição de água de resfriamento
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UNIFESP |
Texto Completo: | https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/60864 |
Resumo: | Ao se dimensionar bombas para um sistema de distribuição de água de resfriamento em trocadores de calor em série, podem ocorrer problemas como “curto-circuítos” na tubulação: a perda de carga acumulada em alguns pontos do sistema é muito alta, o que previne que o fluido escoe naquela tubulação, desviando-o para um trecho da tubulação com menor perda de carga. Esse fenômeno pode gerar custos extras de operação, pois, se espera que o escoamento ocorra de acordo com os balanços de massa realizados durante o projeto. Dado que esse balanço pode não se realizar caso ocorra um curto-circuíto, o escoamento não será dividido igualmente, e poderá prejudicar os processos industriais. Este projeto tem como objetivo propor soluções para esse problema, por meio da adição de bombas ou válvulas em pontos específicos do escoamento. O sistema consiste de uma torre de resfriamento, uma bomba principal, e dois trocadores de calor em paralelo, com água a 25 ºC escoando em tubulações de aço-carbono. Os cálculos foram realizados iterativamente, até que a variação entre os resultados das iterações se tornasse menor que um determinado fator de erro. Foram criados diversos algoritmos que calculam os passos necessários para se obter os resultados, e foram utilizadas macros do Visual Basic for Applications do Excel para executar os algoritmos citados. Apesar das simplificações feitas, o esforço computacional ainda é muito grande, fazendo com que cada simulação demorasse por volta de 20 minutos para ser executada. Por fim, conclui-se que, para trocadores de calor idênticos, mas distantes um do outro, a melhor solução seria a adição de uma válvula de controle na tubulação com menor perda de carga. Já para trocadores de calores com perdas de carga muito discrepantes, a melhor solução é adição de uma bomba auxiliar na tubulação com maior perda de carga. |
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Modelagem de sistema de distribuição de água de resfriamentoTubulações industriaisPerda de cargaBombeamentoAo se dimensionar bombas para um sistema de distribuição de água de resfriamento em trocadores de calor em série, podem ocorrer problemas como “curto-circuítos” na tubulação: a perda de carga acumulada em alguns pontos do sistema é muito alta, o que previne que o fluido escoe naquela tubulação, desviando-o para um trecho da tubulação com menor perda de carga. Esse fenômeno pode gerar custos extras de operação, pois, se espera que o escoamento ocorra de acordo com os balanços de massa realizados durante o projeto. Dado que esse balanço pode não se realizar caso ocorra um curto-circuíto, o escoamento não será dividido igualmente, e poderá prejudicar os processos industriais. Este projeto tem como objetivo propor soluções para esse problema, por meio da adição de bombas ou válvulas em pontos específicos do escoamento. O sistema consiste de uma torre de resfriamento, uma bomba principal, e dois trocadores de calor em paralelo, com água a 25 ºC escoando em tubulações de aço-carbono. Os cálculos foram realizados iterativamente, até que a variação entre os resultados das iterações se tornasse menor que um determinado fator de erro. Foram criados diversos algoritmos que calculam os passos necessários para se obter os resultados, e foram utilizadas macros do Visual Basic for Applications do Excel para executar os algoritmos citados. Apesar das simplificações feitas, o esforço computacional ainda é muito grande, fazendo com que cada simulação demorasse por volta de 20 minutos para ser executada. Por fim, conclui-se que, para trocadores de calor idênticos, mas distantes um do outro, a melhor solução seria a adição de uma válvula de controle na tubulação com menor perda de carga. Já para trocadores de calores com perdas de carga muito discrepantes, a melhor solução é adição de uma bomba auxiliar na tubulação com maior perda de carga.When designing pumps for a water distribution system for series of heat exchangers, problems such as “short circuits” in the piping can occur: the head loss accumulated in some points of the system is high, which prevents the fluid from flowing in that region, being redistibuted for another piping with less head loss. This phenomenon can cause increase the costs of operation, for it is expected for the flow to occur in accordance to the mass balances calculated during the project, what could not happen when there is a short circuit in the flow. In that case, the flow will not be evenly distributed, leading to problems in the industrial processes. This project aims to propound solutions to this problem, through addition of pumps or control valves in specific locations of the piping. The system consists of a cooling tower, a main pump and two parallel heat exchangers, with water at 25 ° C flowing in carbon steel pipes. The calculations were made iteratively, until the variation between the results of each iteration were lower than a set error. A number of algorithms were made and used to calculate the necessary steps to obtain the results, utilizing Visual Basic for Applications for Excel macros to execute the said algorithms. Despite the simplifications, the processing effort were still too high, causing each simulation to take roughly 20 minutes to complete. Lastly, it can be concluded that, for identical but distant heat exchangers, the best solution would be the addition of a control valve in the piping with lower head loss. Alternatively, for heat exchangers with different values of head loss, the best solution would be the addition of an auxiliar pump in the piping with higher head loss.Não recebi financiamentoUniversidade Federal de São PauloPontes, Ricardo de Freitas Fernandes [UNIFESP]http://lattes.cnpq.br/0337925215984741Costa, Fillipe Rodrigues [UNIFESP]2021-04-13T17:09:39Z2021-04-13T17:09:39Z2019-11-19info:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion62 f.application/pdfhttps://repositorio.unifesp.br/handle/11600/60864porDiademainfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNIFESPinstname:Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)instacron:UNIFESP2024-08-11T13:52:40Zoai:repositorio.unifesp.br/:11600/60864Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.unifesp.br/oai/requestbiblioteca.csp@unifesp.bropendoar:34652024-08-11T13:52:40Repositório Institucional da UNIFESP - Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)false |
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