Dimensionamento de trocadores de calor aplicados à refrigeração da água do molde de um processo de lingotamento contínuo

This study aims to determine the most suitable type of heat exchanger to be applied to the water cooling the mold of a continuous casting process. Basically been studied four types of heat exchangers: shell and tube operating in counterflow, shell and tube operating in parallel flow, plate type and operating counterflow and plates operating in parallel flow. Initially is displayed design of heat exchangers for the conditions of the proposed application. With the heat exchangers dimensioned comparisons were made in order to set the heat exchanger more suitable for application. In the study, one comes to the conclusion that the plate type heat exchangers operating shows counterflow major advantage for this application

Comparação da eficiência térmica de trocadores de calor no laboratório de sistemas térmicos da Faculdade de Engenharia

This work aims to verify and compare the efficiency of heat exchangers used in the thermal systems laboratory at Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá - UNESP. Basically, it has been studied two types of heat exchangers: plate type, operating in parallel flow and counter-flow, shell and tube type and also operating in parallel flow and counter flow. Initially it has been presented the didactic equipment and procedures for use of these heat exchangers in the proposed experiments. With the results obtained from the experiments, comparisons were made in order to define the behavior of the heat exchangers regarding some variables. In the study, one comes to the conclusion that the results from shell and tube type of heat exchanger, used in the thermal systems lab, are superior in all conditions analyzed

Síntese de nanopartículas de sulfeto de cobre, preparação e estabilidade coloidal de fluidos trocadores de calor em meio aquoso

Pós-graduação em Química - IQ

Sensoriamento óptico quase-distribuído aplicado ao monitoramento de trocadores de calor de usinas hidrelétricas

This work aims to develop optical sensors for temperature monitoring in hydroelectric power plant heat exchangers. The proposed sensors are based on the Fiber Bragg Gratings technology. First of all, a prototype with three sensors inscribed in a same fiber was developed. This fiber was then fixed to a conventional Pt100 sensor rod and inserted in a thermowell. The ensemble was then calibrated in a workbench, presenting a maximum combined uncertainty of 2,06 °C. The sensor was installed in one of the heat exchangers of the Salto Osório’s hydroelectric power plant. This power plant is situated in the Iguaçu river, at the Paraná state. Despite the satisfactory results, the sensor was improved to a second version. In this, fifteen optical Bragg sensors were inscribed in a same fiber. The fixation with a conventional sensor was no longer necessary, because the first version results comproved the efficiency and response time in comparison to a conventional sensor. For this reason, it was decided to position the fiber inside a stainless steel rod, due to his low thermal expansion coefficient and high corrosion immunity. The utilization of fifteen fiber Bragg gratings aims to improve the sensor spatial resolution. Therefore, measurements every ten centimeters with respect to the heat exchanger’s height are possible. This provides the generation of a thermal map of the heat exchanger’s surface, which can be used for determination of possible points of obstruction in the hydraulic circuit of the heat exchanger. The heat exchanger’s obstruction in hydroelectric power plants usually occur by bio-fouling, and has direct influence in the generator’s cooling system efficiency. The obtained results have demonstrated the feasibility in application of the optical sensors technology in hydroelectric power plants.

RESFRIAMENTO ARTIFICIAL EM FORNOS RETANGULARES PARA A PRODUÇÃO DE CARVÃO VEGETAL

RESUMOUm importante aspecto a ser considerado na produção de carvão vegetal é o longo período de resfriamento dos fornos de alvenaria, acarretando na baixa produtividade e exigindo maior número de fornos para suprir a demanda de produção. Pesquisas têm sido desenvolvidas para a redução do tempo de resfriamento dos fornos retangulares, utilizando trocadores de calor. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar três modelos de trocadores de calor que promovam a redução significativa do tempo de resfriamento. A pesquisa foi realizada na unidade produtora de carvão vegetal Buritis, da Empresa Arcelor Mittal Bioflorestas, localizada na cidade de Martinho Campos, MG. Foram avaliados três diferentes trocadores de calor (Modelos 1, 2 e 3), determinando o tempo, em dias, que os fornos retangulares levavam para atingir a temperatura de 50 ºC em relação ao resfriamento natural. O Modelo 1 apresentou ganho real no tempo de resfriamento de 12,5%; o Modelo 2, ganho real de 38%; e o Modelo 3, com fluxo de gás convencional, apresentou ganho médio de 32%, enquanto no fluxo de gás invertido o ganho foi de 43%. Conclui-se que os trocadores de calor avaliados foram eficientes na redução do tempo de resfriamento dos fornos retangulares para produção de carvão vegetal, elevando, assim, a produtividade dos fornos. O trocador de calor Modelo 3, com fluxo de gás invertido, apresentou o maior ganho real no tempo de resfriamento, além do menor número de focos de incêndio durante o descarregamento do carvão vegetal.

Análise do resfriamento da solução nutritiva para cultivo hidropônico do morangueiro

Este trabalho teve como objetivo a produção hidropônica de morangos com resfriamento da solução nutritiva, em Jaboticabal - SP. O experimento foi conduzido no Setor de Plasticultura do Departamento de Engenharia Rural da FCAV/UNESP, Câmpus de Jaboticabal, em casa de vegetação coberta com filme de polietileno, sendo o transplantio realizado em 9-1-2002. Foram avaliadas duas variedades de morango: Campinas e "Sweet Charlie", cultivadas em sistema hidropônico tipo NFT, com ou sem resfriamento da solução nutritiva. A solução nutritiva resfriada foi mantida à temperatura de aproximadamente 12 ºC, por meio de um trocador de calor. A variedade "Sweet Charlie" apresentou melhores resultados para peso médio dos pseudofrutos, diâmetro médio longitudinal, diâmetro médio transversal, número médio de pseudofrutos e produtividade. O resfriamento da solução nutritiva conferiu maior número de pseudofrutos colhidos, maior produtividade e maior teor de sólidos solúveis totais aos pseudofrutos da variedade "Sweet Charlie". No entanto, o resfriamento da solução nutritiva não causou efeitos sobre a variedade Campinas.

Concentração de suco de laranja (Citrus sinensis) por osmose inversa

A concentração de suco de laranja por osmose inversa combinada com ultrafiltração foi estudada em escala semi-piloto, visando avaliar a utilização dessa tecnologia para substituição parcial da evaporação. Foram utilizados no processamento 100 litros de suco de laranja, com teor de polpa de 1,5%, cedidos pela CTM Citrus. Na primeira etapa, todo o suco passou pela etapa de ultrafiltração, para separação da polpa, enzimas pectinolíticas e microrganismos, que foram retidos. Foi utilizada uma membrana da Romicom (HF-43) de polissulfona em um sistema de configuração tubular, com peso molecular de corte de 50.000 daltons, à pressão de 1,2 bar. Obteve-se um fator de concentração de 27,6. O retentado da ultrafiltração foi pasteurizado à temperatura de 90°C, em trocador de calor de superfície raspada desenvolvido para este projeto. O processo de osmose inversa foi conduzido no equipamento Lab-unit M-20 da DDS, utilizando membranas da DDS (HR 95 PP) de filme composto em um sistema de configuração quadro e placas. Foram realizados três tratamentos com pressões de 20, 40 e 60 bar e para cada experimento, foram feitas três repetições. O retentado pasteurizado da ultrafiltração foi adicionado ao retentado da osmose inversa e caracterizado química, física e sensorialmente. Na osmose inversa foram obtidos fatores de concentração de 2,7, 3,5 e 3,6 e teores de sólidos solúveis de 18, 23 e 30 °Brix, para os tratamentos de 20, 40 e 60 bar, respectivamente. Os respectivos permeados apresentaram teores de sólidos solúveis de 3,3, 1,3 e 0,3°Brix e acidez de 262,50, 91,50 e 34,25 mg de ácido cítrico/100 ml. Os sucos obtidos pelos três tratamentos apresentaram valores de "defect score" e "color score" superiores aos do suco original, enquanto que para o "flavor score", os sucos obtidos às pressões de 40 e 60 bar, apresentaram valores próximos ao ideal. Os valores de "ratio", pH e formol foram semelhantes entre os tratamentos. O teor de óleo foi maior no tratamento realizado à menor pressão enquanto que o teor de vitamina C foi maior no de maior pressão. Tanto o suco concentrado quanto o diluído, nos três tratamentos, foram caracterizados como fluidos Newtonianos, apresentando valores de viscosidade maiores quando obtidos a maiores pressões.

Análise físico-química e microbiológica do suco de laranja minimamente processado armazenado em lata de alumínio

Neste trabalho, suco de laranja natural foi pasteurizado em um trocador de calor a placas empregando três diferentes temperaturas de pasteurização: 82,5ºC; 85,0ºC e 87,0ºC e tempos de retenção variando de 11 a 59s, para se obter um produto minimamente processado. Um estudo comparativo foi realizado no suco de laranja armazenado em latas de alumínio em relação ao mesmo produto armazenado em garrafas PEAD, sob refrigeração, por um período de 21 dias. Análises de graus Brix, pH, acidez, sólidos insolúveis e totais e análises microbiológicas foram realizadas em amostras logo após o processamento e durante o período de armazenamento. As propriedades físico-químicas do suco de laranja pasteurizado apresentaram diferenças devido as diferenças detectadas na matéria-prima ao longo do período do estudo. O parâmetro de pasteurização mais apropriado para o suco de laranja natural foi 87,0ºC e com tempo de retenção variando de acordo com o pH do suco. Para pH 4,0 o tempo de retenção requerido foi maior. De acordo com os resultados, uma vida-de-prateleira de 15 dias foi determinada para o suco processado nas condições acima.

Processamento e avaliação de estabilidade de bebida isotônica em garrafa plástica

Processou-se uma mistura isotônica com pH 3,4; objetivando-se a produção de uma bebida microbiologicamente estável, prescindindo de refrigeração. A bebida isotônica foi pasteurizada a 85&deg;C/5s em trocador de calor a placas e acondicionada em garrafas de polietileno tereftalato (PET) sanificadas por aspersão com solução de ácido peracético 0,3% durante 5s, a 30&deg;C. Foram processados 1 lote com 50mg/L de sorbato de potássio, 1 lote com 100mg/L e 1 lote sem sorbato. Os 3 lotes foram mantidos a 25&deg;C durante 26 semanas, sendo realizadas determinações de pH, sólidos solúveis, acidez total titulável, ácido ascórbico, testes de aceitação sensorial e contagens de microrganismos mesófilos aeróbios totais, bolores e leveduras durante a estocagem. Verificou-se diferença significativa (p<0,05) entre as médias das determinações de ácido ascórbico, no início e fim do período de estocagem, para os três lotes processados. As contagens de bolores e leveduras e mesófilos aeróbios totais foram <10 UFC/mL e <5,7 UFC/mL, respectivamente, para os três lotes analisados durante as 26 semanas. As médias das notas atribuídas nos testes de aceitação sensorial não diferiram entre si (p<0,05) ao longo da estocagem. Os resultados obtidos evidenciaram a possibilidade de produção de uma bebida isotônica em garrafa de PET sem adição de conservadores químicos; visto que, o lote processado sem sorbato apresentou resultados microbiológicos confiáveis, aliados a sua satisfatória aceitação sensorial e estabilidade físico-química.

Análise numérica de uma torre de resfriamento de grande porte

Este trabalho tem como objetivo principal determinar a troca de calor em uma torre de resfriamento de grande porte, do tipo seca. A força motriz deste sistema é o empuxo resultante da diferença de temperatura entre o ar interior e exterior da torre. A partir de uma certa velocidade o vento externo também desempenha um papel importante. A convecção natural ocorre em regime turbulento, devido às grandes dimensões. A modelagem numérica é feita pelo Método dos Volumes Finitos com malhas criadas sobre Elementos Finitos, através dos softwares comerciais Fluent e CFX. Os resultados são obtidos para diferentes potências dissipadas no trocador de calor. A partir dos resultados são realizados estudos sobre a viabilidade de mudanças na geometria da torre, a fim de se obter melhorias no escoamento, bem como uma troca de calor mais eficiente. Faz-se ainda uma regressão a fim de obter correlações entre a potência dissipada no trocador de calor e a vazão mássica de ar necessária para a troca. Estas correlaçõoes são de utilidade, para aplicações posteriores, na implantação de um simulador para o processo de troca de calor nesta torre. O trocador de calor também é enfocado a fim de se determinar o coeficiente global de troca térmica, a fim de disponibilizá-lo para aplicação em outros trabalhos

Estudo experimental dos campos de pressão e velocidade em bancos de tubos com a utilização de defletores

A utilização de placas defletoras em banco de tubos é muito difundida em trocadores de calor, aumentando os níveis de turbulência do escoamento e o tempo de contato do fluido refrigerante e a superfície aquecida dos tubos. Os vórtices gerados pela turbulência tem a finalidade de imprimir a camada limite térmica dos tubos, onde o calor é trocado basicamente por condução, tornando a troca de calor mais eficiente. No entanto a maioria dos estudos em bancos de tubos considera um escoamento incidindo uniformemente sobre os tubos, sem qualquer tipo de análise dos efeitos causados pela utilização de placas defletoras, transformando-se assim em idealizações pouco reais. A proposta deste trabalho é analisar experimentalmente os efeitos causados no escoamento pelo uso de defletores, tomando-se como referência a região entre-tubos (linhas), onde para tanto foram estudadas duas geometrias distintas. A primeira geometria consiste uma placa defletora voltada para o escoamento e nela encontram-se montados dez tubos, dispostos horizontalmente em duas linhas, e a partir de uma certa distância a jusante ocorre um estreitamento súbito do canal prolongando-se até a saída. Com este tipo de geometria, pretende-se estudar os efeitos no desenvolvimento do escoamento para uma entrada assimétrica. A segunda geometria estudada é uma simplificação de bancos de tubos utilizados em trocadores de calor, porém, agora, com o uso de defletores. Nesta seção o escoamento é obrigado a contornar três placas defletoras, duas na parede superior do canal e uma na parede inferior, montadas de forma eqüidistantes O número de Reynolds, para ambas as seções, foi calculado com o diâmetro externo do tubo (32.1 mm) e a velocidade média do escoamento abaixo da primeira placa defletora, Ue. Para a primeira seção o número de Reynolds foi de 3.32 x 104 e para segunda 2.99 x 104. Os testes foram realizados em um canal retangular de 146 mm de altura e 193 mm de largura, com 900 mm de comprimento. Os bancos de tubos possuem uma relação de espaçamento, passo-diâmetro de 1,26, com dez tubos dispostos em duas linhas. As velocidades médias, suas direções e flutuações de velocidade foram investigadas ao longo das fendas, linhas, permitindo um conhecimento do desenvolvimento das componentes de velocidades, bem as intensidades de turbulência desde a região de entrada. Este estudo revelou que o desenvolvimento do escoamento , após a passagem por defletores se dá para distâncias superiores aquelas aqui estudadas.

Avaliação da eficiência energética em um sítio industrial utilizando análise pinch com heurísticas e técnicas de projeto

Este trabalho envolve a avaliação da eficiência energética em um sítio industrial, que contém três plantas de produção de polietilenos, utilizando conceitos da análise pinch associados com heurísticas e técnicas de projetos. Na primeira etapa do trabalho, foi realizada uma análise preliminar, na qual foram verificadas as possibilidades de melhorias nas condições de operação das unidades. Com esta avaliação, obteve-se uma economia de 500kg/h de vapor de baixa pressão com a simples alteração na sua pressão de fornecimento para uma das unidades. Na seqüência, com base no conhecimento dos processos e na avaliação das curvas compostas das unidades, verificou-se o potencial de integração energética das plantas individualmente, selecionando-se uma unidade (Planta 3) para ser reprojetada. Para esta unidade foram eliminadas do problema as correntes utilizadas em condições esporádicas, as correntes fora da faixa de integração e, por fim, aquelas cuja integração seria demasiadamente complexa. Após estas simplificações, verificou-se o Ponto de Estrangulamento Energético da unidade, os trocadores que empregam utilidades de uma forma inapropriada, o consumo atual e o mínimo de vapor. Com base nestas informações foram verificadas as modificações estruturais na rede de trocadores de calor da Unidade 3 que resultariam em uma unidade energeticamente mais eficiente. Para isto, utilizou-se o programa Aspen Pinch (da Aspen Tech) que gerou uma lista com vinte possibilidades de adição de novos trocadores. Considerando-se somente as modificações com economia superior a 200kW e as restrições de segurança, layout e controle, apenas duas oportunidades foram detalhadas. A primeira delas, foi o aproveitamento do vapor de flash resultante da expansão do condensado de média pressão da unidade. A segunda oportunidade envolveu a adição de um novo trocador, que foi projetado utilizando-se o programa Bjac conjuntamente com o Aspen Plus. Ambas as oportunidades foram avaliadas economicamente, apresentando Taxas Interna de Retorno muito superiores à Taxa mínima de atratividade de 15% considerada neste trabalho.

Aquecedor carcaça/tubos com múltiplas passagens

Curso de Tecnologia Sucroalcooleira. Disciplina de Tecnologia de Produção de Açúcar. Ilustração. Dimensão: 1146x1474. Tamanho: 129Kb.

Protótipo de um microgerador termoelétrico de estado sólido: cogeração a gás

The thermoelectric energy conversion can be performed directly on generators without moving parts, using the principle of SEEBECK effect, obtained in junctions of drivers' thermocouples and most recently in semiconductor junctions type p-n which have increased efficiency of conversion. When termogenerators are exposed to the temperature difference (thermal gradient) eletromotriz a force is generated inducing the appearance of an electric current in the circuit. Thus, it is possible to convert the heat of combustion of a gas through a burner in power, being a thermoelectric generator. The development of infrared burners, using porous ceramic plate, is possible to improve the efficiency of heating, and reduce harmful emissions such as CO, CO2, NOx, etc.. In recent years the meliorate of thermoelectric modules semiconductor (TEG's) has stimulated the development of devices generating and recovery of thermal irreversibility of thermal machines and processes, improving energy efficiency and exergy these systems, especially processes that enable the cogeneration of energy. This work is based on the construction and evaluation of a prototype in a pilot scale, for energy generation to specific applications. The unit uses a fuel gas (LPG) as a primary energy source. The prototype consists of a porous plate burner infrared, an adapter to the module generator, a set of semiconductor modules purchased from Hi-Z Inc. and a heat exchanger to be used as cold source. The prototype was mounted on a test bench, using a system of acquisition of temperature, a system of application of load and instrumentation to assess its functioning and performance. The prototype had an efficiency of chemical conversion of 0.31% for electrical and heat recovery for cogeneration of about 33.2%, resulting in an overall efficiency of 33.51%. The efficiency of energy exergy next shows that the use of primary energy to useful fuel was satisfactory, although the proposed mechanism has also has a low performance due to underuse of the area heated by the small number of modules, as well as a thermal gradient below the ideal informed by the manufacturer, and other factors. The test methodology adopted proved to be suitable for evaluating the prototype

Análise do resfriamento da solução nutritiva para cultivo hidropônico do morangueiro

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)