DESENVOLVIMENTO DE MÉTODO DIFERENCIAL ESTACIONÁRIO DERIVATIVO DO BELL-DELAWARE PARA DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE DE TROCADORES DE CASCO E TUBOS 1-2.

DESENVOLVIMENTO DE MÉTODO DIFERENCIAL ESTACIONÁRIO DERIVATIVO DO BELL-DELAWARE PARA DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE DE TROCADORES DE CASCO E TUBOS 1-2.

PEREIRA, A. S.; MAGALHÃES, M. L.; CARTAXO, S. J. M.

Artigo:

Trocadores de calor são equipamentos que visam transferir energia térmica de forma eficiente e econômica entre correntes de processos químicos, sendo muitas vezes empregados em plantas químicas, petroquímicas, refinarias e usinas de geração de energia. Este trabalho visa o desenvolvimento de um modelo rigoroso estacionário de um trocador 1-2 do tipo casco e tubos com chicanas fracionadas, implementando o método de Bell-Delaware e o método Kern para determinar os parâmetros térmicos e fluidodinâmicos como coeficientes de transferência de calor e perda de carga. Para isso, foi utilizado o modelo desenvolvido por Bell-Delaware para o lado do casco, que considera os diferentes tipos de vazamentos existentes nas chicanas e sua configuração, os efeitos de by-pass no feixe de tubos, os diferentes espaçamentos de chicana na entrada e na saída, o gradiente de temperatura no fluxo laminar e a variação da viscosidade próxima as paredes dos tubos. As propriedades físicas são avaliadas localmente baseadas em equações de predição adaptáveis a vários fluidos disponíveis em banco de dados e na literatura. As simulações foram realizadas no ambiente computacional framework Python e seus módulos, para determinar o perfil de temperatura e das propriedades físicas dos fluidos ao longo do trocador, considerando a variação unidimensional. A validação do método diferencial é realizada de forma comparativa com estudos de casos reportados na literatura e com métodos convencionais.

Trocadores de calor são equipamentos que visam transferir energia térmica de forma eficiente e econômica entre correntes de processos químicos, sendo muitas vezes empregados em plantas químicas, petroquímicas, refinarias e usinas de geração de energia. Este trabalho visa o desenvolvimento de um modelo rigoroso estacionário de um trocador 1-2 do tipo casco e tubos com chicanas fracionadas, implementando o método de Bell-Delaware e o método Kern para determinar os parâmetros térmicos e fluidodinâmicos como coeficientes de transferência de calor e perda de carga. Para isso, foi utilizado o modelo desenvolvido por Bell-Delaware para o lado do casco, que considera os diferentes tipos de vazamentos existentes nas chicanas e sua configuração, os efeitos de by-pass no feixe de tubos, os diferentes espaçamentos de chicana na entrada e na saída, o gradiente de temperatura no fluxo laminar e a variação da viscosidade próxima as paredes dos tubos. As propriedades físicas são avaliadas localmente baseadas em equações de predição adaptáveis a vários fluidos disponíveis em banco de dados e na literatura. As simulações foram realizadas no ambiente computacional framework Python e seus módulos, para determinar o perfil de temperatura e das propriedades físicas dos fluidos ao longo do trocador, considerando a variação unidimensional. A validação do método diferencial é realizada de forma comparativa com estudos de casos reportados na literatura e com métodos convencionais.

Palavras-chave:

DOI: 10.5151/chemeng-cobeq2014-0512-25163-160952

Referências bibliográficas

• [1] BELL, K. J., Final Report of the Cooperative Research Program on shell-and-tube heat exchangers, University of Delaware Eng. Exp. Sta. Bulletin 5, 1963.
• [2] BELL, K. J., Delaware Method for Shell Side Design, Heat Exchanger Thermal-Hydraulic Fundamentals and Design, New York: McGraw-Hill, 1980.
• [3] Colburn, A. P. Andamp; de, E. du P. (1933). Mean temperature difference and heat transfer coefficient in liquid heat exchangers. Industrial Andamp; Engineering Chemistry, 25(8), 873–877. ACS Publications. GARCIA, M., Modelagem e Simulação de Processos Industriais e de Sistemas Eletromecânicos, São Paula: EDUSP, 2005.
• [4] KAKAC, S., BERGLES, A. E., MAYINGER, F., Heat Exchanger: Thermal-Hydraulic Fundamentals and Design, New York: Hemisphere Publishing Corp., 1981.
• [5] KERN, D. Q., Process Heat Transfer, New York: McGraw-Hill, 1950.
• [6] PERRY, R. H.; GREEN, D. W.; Perry´s Chemical Engineers´ handbook. New York: McGraw-Hill, 1999.
• [7] POLING, B. E.; PRAUSNITZ, J. M.; O´CONNELL, J. P.; The properties of gases and liquids. New York: McGraw-Hill, 2001.
• [8] SAUNDERS, E. A. D., Heat Exchanger: Selection Design and Construction. John Wiley Andamp; Sons, New York, 1988.
• [9] SIEDER, E. N., TATE, C. E., Heat Transfer and Pressure Drop of Liquids in Tubes, Industrial and Engineering Chemistry, v. 28, p. 1429-1433, 1936.
• [10] TINKER, T., Shell side characteristics of shell and tube heat exchangers: a simplified rating system for commercial heat exchanger, J. Heat Transfer 80, p. 36-52. 1958.
• [11] WOLVERINE COMPANY, Engineering Data Book, EUA: Wolverine Division, 1984.

Como citar:

PEREIRA, A. S.; MAGALHÃES, M. L.; CARTAXO, S. J. M.; "DESENVOLVIMENTO DE MÉTODO DIFERENCIAL ESTACIONÁRIO DERIVATIVO DO BELL-DELAWARE PARA DIMENSIONAMENTO E ANÁLISE DE TROCADORES DE CASCO E TUBOS 1-2.", p-11527-11534. In: Anais do XX Congresso Brasileiro de Engenharia Química - COBEQ 2014 [= Blucher Chemical Engineering Proceedings, v.1, n.2]. São Paulo: Blucher, 2015.
ISSN 23591757, DOI 10.5151/chemeng-cobeq2014-0512-25163-160952