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https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/10949
Tipo: | Trabalho de Conclusão de Curso |
Título: | ESTUDO DA ANÁLISE DE SENSIBILIDADE DE UM TROCADOR DE CALOR DE PLACAS: EFEITOS DA ESPESSURA DOS CANAIS E ÂNGULO DE CORRUGAÇÃO |
Autor(es): | GETÚLIO WILLMS PASSOS |
Primeiro orientador: | PATRICIA CRISTINA DE ARAUJO PUGLIA DE CARVALHO |
Resumo: | O processo de troca de calor entre dois fluidos em temperaturas distintas, separados por uma barreira sólida, é amplamente utilizado em diversas aplicações da engenharia. O equipamento responsável por essa função é denominado trocador de calor e encontra aplicação em setores como as indústrias alimentícia, química e petrolífera. Existem diversos tipos de trocadores de calor, classificados de acordo com diferentes critérios, como a geometria de construção. Os principais incluem trocadores tubulares, de placas e aletados. Para atender às crescentes demandas da indústria por equipamentos mais econômicos, compactos e eficientes, diversas variações desses dispositivos foram desenvolvidas, destacando-se os trocadores de calor de placas (TCP). Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo estudar e dimensionar um TCP, com ênfase na análise de sensibilidade envolvendo variáveis geométricas, como a espessura do canal (𝑏) e o ângulo de corrugação (𝛽). Por meio de uma revisão da literatura científica, foi proposto um método de dimensionamento aplicado a uma condição operacional de resfriamento de etanol, considerando valores iniciais de 𝑏 = 2,8 𝑚𝑚 e 𝛽 = 30°. A análise de sensibilidade foi conduzida a partir da simulação de diferentes configurações do TCP, variando o ângulo de corrugação (𝛽 = 30°, 45°, 50°, 60° 𝑒 65°) e a espessura do canal (𝑏 = 1,0 𝑎 5,0 𝑚𝑚). As simulações foram realizadas utilizando Microsoft Excel e PyCharm (com a linguagem Python), gerando gráficos simples e superfícies de resposta. Os resultados mostraram que menores espessuras e ângulos de corrugação aumentam o fluxo mássico e a velocidade do fluido nos canais, promovendo um escoamento mais turbulento e elevando os coeficientes convectivo e global de troca térmica. Essa maior eficiência térmica resulta na redução da área de troca térmica necessária e no número de placas do equipamento. Contudo, o maior fluxo mássico nos canais também implica um aumento na perda de carga total. Dessa forma, este trabalho contribui para a compreensão dos impactos das variáveis geométricas no desempenho térmico, hidráulico e configuracional de trocadores de calor de placas, oferecendo subsídios para a otimização desses equipamentos em aplicações industriais. |
Abstract: | The heat exchange process between two fluids at different temperatures, separated by a solid barrier, is widely applied in various engineering fields. The equipment responsible for this function is called a heat exchanger, and it is utilized in sectors such as the food, chemical, and oil industries. There are several types of heat exchangers, classified based on different criteria, such as construction geometry. The main types include tubular, plate, and finned heat exchangers. To meet the increasing demands for more economical, compact, and efficient equipment, various designs have been developed, with plate heat exchangers (PHEs) standing out as a noteworthy alternative. In this context, this study aimed to analyze and design a PHE, focusing on sensitivity analysis involving geometric variables such as channel thickness (𝑏) and corrugation angle (𝛽). Based on a review of the scientific literature, a design method was proposed for a cooling process of ethanol under operational conditions, considering initial values of 𝑏 = 2.8 𝑚𝑚 and 𝛽 = 30°. The sensitivity analysis was conducted through simulations of different PHE configurations, varying the corrugation angle (𝛽 = 30°, 45°,50°,60°,𝑎𝑛𝑑 65°) and channel thickness (𝑏 = 1.0 𝑡𝑜 5.0 𝑚𝑚). Simulations were performed using Microsoft Excel and PyCharm (with the Python programming language), generating simple graphs and response surfaces. The results indicated that smaller channel thicknesses and corrugation angles increase the mass flow rate and fluid velocity within the channels, promoting more turbulent flow and enhancing the convective and overall heat transfer coefficients. This improved thermal efficiency reduces the required heat transfer area and the number of plates in the equipment. However, higher mass flow rates in the channels also result in increased total pressure drop. Thus, this study contributes to the understanding of the impacts of geometric variables on the thermal, hydraulic, and configurational performance of plate heat exchangers, providing insights for optimizing these devices in industrial applications. |
Palavras-chave: | Transferência de calor Dimensionamento de equipamentos Simulação de processos Python Superfície de resposta |
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/123456789/10949 |
Data do documento: | 2024 |
Aparece nas coleções: | Engenharia Química - Bacharelado (INQUI) |
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