Transporte de calor em reator cilíndrico-elíptico de leito fixo via modelo de duas fases em regime permanente. - PEREIRA, Antonildo Santos. (2021)
O estudo da transferência de calor em reatores tubulares de leito fixo de paredes aquecidas ou resfriadas é de grande interesse para a indústria, promovendo reações catalíticas heterogêneas gás-sólido endotérmicas ou exotérmicas. O projeto adequado e seguro de tais equipamentos requer a adoção de modelos matemáticos confiáveis e realistas que estejam em harmonia com os princípios físicos que regem o problema. O objetivo deste trabalho foi estudar a transferência de calor em reator cilíndrico-elíptico de leito fixo. Foi proposto um modelo matemático heterogêneo escrito em coordenadas cilíndricas elípticas, consistindo de duas fases contínuas, uma fase sólida e outra fase fluida, no qual os balanços energéticos de cada constituinte são desenvolvidos separadamente. As equações diferenciais governantes foram resolvidas matematicamente usando o método de volumes finitos e o esquema WUDS como função de interpolação para termos convectivos e difusivos, em uma formulação totalmente implícita. O sistema de equações algébricas lineares resultantes da discretização das equações de energia em todos os pontos do domínio computacional são resolvidas iterativamente pelo método de Gauss Seidel. Foi simulado a transferência de calor em diferentes condições operacionais, variando-se: (1) a razão de aspecto geométrica (L2/ L1); (2) a altura do reator; (3) o material da parede do reator; (4) a velocidade de ar na entrada do reator; (5) a temperatura do fluido de resfriamento do reator; (6) a temperatura do fluido interno do reator; (7) as dimensões das partículas do reator. Os resultados da distribuição de temperatura das fases gasosa e sólida ao longo do reator foram apresentados e analisados. Verificou-se que os gradientes axiais e radiais de temperatura dentro do reator foram levemente maiores para a fase fluida em todos os casos analisados; que as isolinhas de temperaturas são maiores para as posições cada vez mais próxima do centro e entrada do reator; que os gradientes axiais de temperatura são mais relevantes na região próxima à entrada do reator para as fases fluida e sólida e que os gradientes de temperatura radial são maiores perto da parede.