Análise Teórica da Transferência de Calor em CSTR Equipado com Jaqueta

Henrique Weiss de Albuquerque Maranhão, Dorotéa Villanova Garcia, Deovaldo de Moraes Júnior, Vitor da Silva Rosa

Abstract


O processo de troca de calor entre dois fluidos que estão em diferentes temperaturas e separados por uma parede sólida ocorre em muitas aplicações da engenharia. Os equipamentos usados para implementar esta troca são denominados trocadores de calor, e aplicações específicas podem ser encontradas em aquecimento, resfriamento, condicionamento de ambiente, recuperação de calor e processos químicos. Como aplicações mais comuns deste tipo de equipamento pode-se citar: Aquecedores, resfriadores, condensadores, evaporadores, torres de refrigeração e caldeiras.  Normalmente são utilizados reatores tanques com jaqueta (camisa) ou serpentinas tipo meia-cana, onde também demanda uma operação de troca térmica, seja para aquecer ou resfriar o fluido armazenado. A modelagem habitual de reatores exotérmicos baseia-se no modelo clássico do reator tanque de mistura perfeita, “Continuous Stirred Tank Reactor” (CSTR) com dois estados. Nesse modelo, considera-se válida a suposição de que a dinâmica da temperatura da camisa de troca térmica é desprezível, de maneira que sua resposta é possivelmente instantânea. Esse artigo estendeu o modelo clássico do CSTR com dois estados para um modelo de três estados, que considera a dinâmica da camisa de troca térmica. Com base na premissa supracitada, este trabalho objetiva revisar os critérios com superfície de troca térmica por jaqueta com defletor helicoidal (Figura 1), apenas no costado do tanque e por terem disponíveis na literatura equações de projeto. Os cálculos foram baseados em equações e conceitos compreendidos na literatura a fim de analisar métodos mais precisos. Os resultados expostos através de ensaios e comparados com as equações, mostram que o desenho da jaqueta influencia de forma considerável o sistema e aproximou-se bastante do teórico, tornando o estudo amparado.

Palavras chave: Canal retangular. Defletor helicoidal. Escoamento interno. Jaqueta convencional. Transferência de calor.

Heat Transfer Theoretical Analysis in CSTR Equipped with Jacket

Abstract: The process of heat exchange between two fluids that are at different temperatures and separated by a solid wall occurs in many engineering applications. The equipment used to implement this exchange is called heat exchangers, and specific applications can be found in heating, cooling, environmental conditioning, heat recovery and chemical processes. The most common applications of this type of equipment include: Heaters, chillers, condensers, evaporators, cooling towers and boilers. Typically, jacketed tank reactors or half-rod coils are used, which also requires a heat exchange operation, either to heat or cool the stored fluid. The usual modeling of exothermic reactors is based on the classic model of the two-state Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR). In this model, the assumption that the temperature dynamics of the heat exchange jacket is negligible is valid, so that its response is possibly instantaneous. This paper extended the classic two-state CSTR model to a three-state model, which considers the dynamics of the heat exchange jacket. Based on the above premise, this paper aims to review the criteria with a heat exchanger surface by helical baffle jacket (Figure 1), only on the tank side and for having several design equations available in the literature. The calculations were based on equations and concepts understood in the literature in order to analyze more accurate methods. The results presented through tests and compared with the equations show that the jacket design has a considerable influence on the system and is very close to the theoretical, making the study supported.

Key words: Conventional jacket. Heat transfer. Helical baffle. Internal flow.  Rectangular channel


Full Text: PDF

Refbacks

  • There are currently no refbacks.