Simulação e análise do efeito da variação de parâmetros sobre a perda de carga e transferência de calor em trocadores de calor casco e tubo

Abstract

Trocadores de calor são dispositivos que tem como principal objetivo proporcionar a transferência de calor entre dois ou mais fluidos a temperaturas diferentes. Do ponto de vista tecnológico existem vários tipos de configurações para estes equipamentos que depende das características e das demandas de troca térmica, da característica dos escoamentos dos fluídos e das formas construtivas, resultando em dispositivos com variados níveis de sofisticação tecnológica e tamanhos. Do ponto de vista das aplicações industriais, o trocador de calor casco tubo é a configuração mais utilizada em indústrias de processo e normalmente tem uma estrutura de grandes proporções quanto a suas dimensões, apesar de ser de montagem relativamente fácil. Pode ser aplicado para diversas condições de serviços, incluindo pressões extremamente baixas e altas temperaturas. O principal objetivo do presente trabalho é realizar um estudo paramétrico do comportamento termo hidráulico de um trocador de calor casco tubo utilizando simulação numérica por CFD. As características geométricas e operacionais básicas do dispositivo simulado foram definidas previamente e as condições de projeto serviram como sistema base para validação do modelo numérico, juntamente com as técnicas convencionais de dimensionamento para este tipo de equipamento (método de Tinker e método de Kern). A simulação numérica foi desenvolvida na plataforma ANSYS-CFX e após validação o modelo foi utilizado para estudos como variação de vazão, espaçamento e corte de chicanas, tendo como base de comparação o efeito desses parâmetros sobre a perda de carga e transferência de calor.