Simulação térmica e estrutural de um trocador de calor cerâmico para operação em altas temperaturas

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Villanueva, H. H. S.
• Orientador(a): Mello, Paulo Eduardo Batista de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
• Palavras-chave em Português: Mecânica dos fluidos-; Trocadores de calor
• Link de acesso: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/136

Diversas aplicações que utilizam trocadores de calor alcançariam maiores rendimentos com o uso de temperaturas mais altas em seus processos. No entanto, a temperatura máxima possível de operação do trocador de calor costuma ser o fator limitante, seja por questões estruturais ou de corrosão. A utilização de materiais cerâmicos para fabricação de trocadores de calor é reportada na literatura como uma possibilidade para se conseguir aumentar a temperatura poucos estudos específicos estão disponíveis. Visando ampliar os resultados experimentais da literatura, o presente trabalho teve por objetivo discutir aspectos relativos à fabricação, aos ensaios em bancada e ao tratamento dos dados experimentais de um trocador de calor cerâmico, fabricado e testado para operar em contracorrente. O desempenho do trocador de calor cerâmico foi avaliado em regime permanente dentro da faixa de número de Reynolds entre 200 e 2.900. Nessa faixa, o trocador apresentou efetividades entre 0,620 e 0,901 e perda de carga entre 0,13 e 4,67 mbar. Por fim, foram realizados ensaios destrutivos, nos quais a temperatura de operação foi elevada em etapas até a falha do trocador, que ocorreu a 800ºC. Como objetivos secundários, foi escopo deste trabalho a modelagem numérica da região afetada do trocador através da Mecânica dos Fluidos Computacional (CFD), com a qual foram obtidas correlações para os fatores f de atrito e j de Colburn em função do número de Reynolds e parâmetros geométricos. Um modelo tridimensional do trocador completo também foi desenvolvido com o objetivo de obter a distribuição de temperatura nas paredes cerâmicas do trocador e utilizá-las como condição de contorno em um modelo de elementos finitos, no qual, o critério de Coulomb-Mohr modificado foi aplicado para fins de previsão de falha em função das temperaturas dos ensaios destrutivos.