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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/10704
Tipo: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Título: | ESTUDO DE DESEMPENHO DE TROCADORES DE CALOR E VALIDAÇÃO DE MODELO MATEMÁTICO EM ESCALA LABORATORIAL E INDUSTRIAL |
Autor(es): | GIULIANNE KAROLINE CARDOSO BIZERRA |
Primeiro orientador: | SERGIO CARVALHO DE ARAUJO |
Resumo: | Trocadores de calor são equipamentos que atuam na manipulação de cargas térmicas entre correntes de processo, buscando eficiência energética e economia de recursos. O presente trabalho teve como objetivo analisar o desempenho de trocadores de calor do tipo casco e tubos em duas escalas distintas: laboratorial e industrial, com foco na validação do modelo matemático de Bell-Delaware. O problema central abordado foi a necessidade de validar experimentalmente e assegurar a coerência entre o projeto e a operação, mitigando falhas no desempenho térmico dos trocadores de calor e garantindo que as expectativas de eficiência sejam atingidas. Para atingir esses objetivos, adotou-se uma metodologia que envolveu, inicialmente, a definição dos parâmetros de operação dos equipamentos, para avaliar seus desempenhos em diferentes condições operacionais e, posteriormente, a aplicação do método de Bell-Delaware. Além disso, foram realizadas análises estatísticas no ambiente do software MiniTab, visando determinar e interpretar os perfis do controle de propriedades físicas ao longo do equipamento, identificando tendências, variabilidades e correlações entre os parâmetros operacionais. Os resultados obtidos demonstraram que o método Bell-Delaware apresenta alta precisão na determinação da área de troca térmica de trocadores de calor industriais, com diferenças mínimas em relação aos valores registrados nas informações técnicas dos equipamentos. Isso evidencia a confiabilidade do método para projetos industriais, reforçada pela compatibilidade entre os resultados do software SolidWorks e as estimativas teóricas. Entretanto, o protótipo em escala laboratorial revelou limitações significativas em termos de desempenho térmico e hidráulico. O padrão mais adequado para o processo foi determinado comparando os resultados das simulações e dos testes experimentais. As análises permitiram identificar os fatores críticos que afetam a eficiência, como perdas térmicas, falhas no isolamento e variações de pressão e temperatura. A integração de simulações computacionais, otimizações estatísticas e dados experimentais contribuiu para uma compreensão mais profunda do comportamento térmico e fluidodinâmico, permitindo a validação do modelo matemático e a proposição de soluções de engenharia para otimizar o desempenho do trocador de calor. |
Abstract: | Heat exchangers are crucial equipment for managing thermal loads between process streams, aiming at energy efficiency and resource savings. This study aimed to analyze the performance of shell-and-tube heat exchangers at two different scales: laboratory and industrial, with a focus on validating the Bell-Delaware mathematical model. The central problem addressed was the need for experimental validation to ensure consistency between design and operation, mitigating thermal performance failures and guaranteeing that efficiency expectations are met. To achieve these objectives, the methodology adopted initially involved defining the operational parameters of the equipment to assess their performance under different conditions. Subsequently, the Bell-Delaware method was applied. Additionally, statistical analyses were performed using MiniTab software to determine and interpret the control profiles of physical properties across the equipment, identifying trends, variabilities, and correlations among operational parameters. The results showed that the Bell-Delaware method exhibits high accuracy in determining the heat transfer area of industrial heat exchangers, with minimal differences compared to the values recorded in the technical data of the equipment. This highlights the method's reliability for industrial projects, reinforced by the compatibility between the SolidWorks software results and theoretical estimates. However, the laboratoryscale prototype revealed significant limitations in thermal and hydraulic performance. The most suitable process standard was determined by comparing the simulation results with experimental tests. The analyses identified critical factors affecting efficiency, such as thermal losses, insulation failures, and variations in pressure and temperature. The integration of computational simulations, statistical optimizations, and experimental data provided a deeper understanding of the thermal and fluid dynamic behavior, enabling the validation of the mathematical model and the proposal of engineering solutions to optimize heat exchanger performance. |
Palavras-chave: | Trocador de Calor Modelagem e Simulação Otimização Eficiência Térmica Análise Termofluidodinâmica |
País: | |
Editor: | Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul |
Sigla da Instituição: | UFMS |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/10704 |
Data do documento: | 2024 |
Aparece nas coleções: | Engenharia Química - Bacharelado (INQUI) |
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