Publicação: Análise de desempenho de um trocador de calor do tipo tubo carcaça
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CNPQ::ENGENHARIAS, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA, CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
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Resumo
No presente trabalho, foi realizado um estudo básico da Fluidodinâmica Computacional (CFD), de um pequeno trocador de calor de casco e tubo (TCCT), usando o pacote computacional ANSYS-CFD. O objetivo principal do trabalho, é oferecer uma comparação efetiva dos resultados de desempenho térmico obtidos analiticamente e experimentalmente para o trocador em questão. Para tal, foi realizada a montagem de uma unidade experimental para operação do trocador de calor (TC) e foi selecionada a metodologia Ɛ-NUT para sua avaliação teórica. Por fim, foi feito uma abordagem introdutória do CFD no estudo do equipamento em questão, permitindo a criação de uma geometria de análise virtual para o TC e sua discretização na forma de uma malha computacional que poderá ser utilizada para viabilização de uma futura simulação fluidodinâmica da operação do equipamento. Foram obtidos certos desvios entre os resultados analíticos e experimentais, oriundos de hipóteses utilizadas para a simplificar a modelagem do fenômeno da transferência térmica, relacionado à operação do trocador de calor, e devido às limitações da unidade experimental projetada. Ainda assim, resultados sólidos foram obtidos na discretização do domínio computacional, obtendo valores de qualidade para as métricas que governam o estudo de malhas computacional voltadas ao CFD. Em suma, o trabalho propiciou uma abordagem abrangente no estudo de trocadores de calor, permitindo um amplo campo de visão das diversas metodologias, desde as mais antigas até as mais modernas, utilizadas para o estudo deste equipamento.
Abstract
In the presente paper a basic Computacinal Fluid Dynamics (CFD) study of a small shell and tube heat exchanger was performed using the ANSYS-CFD computational package. The main objective of the work is to provide an effective comparison of the thermal performance results obtained analytically and experimentally for the heat exchanger in study. To accomplish this goal, the assembly of an experimental unit for the exchanger operation was performed and the Ɛ-NUT methodology was selected for its theoretical evaluation. Finally, an introductory CFD approach was made in the study of the equipment, allowing the creation of a virtual analysis geometry for the heat exchanger and its discretization in the form of a computational mesh that can be used to enable a future fluid dynamics simulation of the equipments operation. Certain deviations were obtained between the analytical and experimental results, derived from hypotheses used to simplify the modeling of the heat transfer phenomenon, related to the heat exchanger, and due to the limitations of the designed experimental unit. Still, solid results were obtained in the discretization of the computational domain, obtaining quality values for the metrics that govern the study of computational mesh focused on CFD. In short, the work provided a comprehensive approach to the study of heat exchangers, allowing a wide field of view of the various methodologies, from the oldest to he most modern, used in the study of this equipment.
Palavras-chave
ANSYS-CFD, Fluidodinâmica computacional, Malha computacional, Trocador de calor casco e tubo, Transferência de calor, Unidade experimental, Computational fluid dynamics, Computational mesh, Experimental unit, Heat transfer, Shell and tube heat exchanger
Citação
AGUIAR, João Gabriel Amaral. Análise de desempenho de um trocador de calor do tipo tubo carcaça. 2019. 75 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020.
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