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Title: Modelagem, análise e otimização de recuperador aletado para um ciclo combinado
Authors: Reis, Natan Santos dos
metadata.dc.contributor.advisor: Kanizawa, Fabio Toshio
metadata.dc.contributor.members: Sphaier, Leandro Alcoforado
Silva, Jaqueline Diniz da
Issue Date: 2018
Publisher: Universidade Federal Fluminense
Abstract: Este trabalho trata da modelagem de um trocador de calor aletado de fluxo cruzado denominado WHRU (Waste Heat Recovery Unit) que trabalha com fluidos de grande variação do calor específico, e variação de coeficientes de transferência de calor. Para o sistema modelado, gases de combustão com temperatura de entrada de 490 °C escoam na região aletada, e fluido de trabalho com elevadas variações de propriedades escoam internamente aos dutos, com temperatura de entrada entre 75 °C e 150 °C. As modelagens seguem abordagem por MLDT (Média Logarítmica das Diferenças de Temperaturas) e pelo método da efetividade -NUT. Para otimização do sistema, utiliza-se um algoritmo genético onde serão alteradas variáveis geométricas da aleta, tais como altura, espessura e número de aletas por comprimento para a obtenção da combinação que resulte em maior troca de calor. A troca térmica é otimizada com o propósito de buscar pontos de funcionamento do equipamento para atender aos requisitos de projeto, mediante ajuste de parâmetros geométricos do trocador seguindo um método heurístico. A partir dos resultados, constata-se que a abordagem simplificada a partir de MLDT resulta em áreas requeridas maiores que a abordagem por discretização, sendo 16% o acréscimo mínimo da quantidade de fileiras para uma temperatura de entrada do fluido frio de 135°C, e vazão do fluido interno igual a 60% do fluido externo, indicando que de fato as variações das propriedades dos fluidos e do coeficiente global de transferência de calor implicam em elevada não linearidade no problema. Adicionalmente, realiza-se avaliação da taxa de destruição de exergia no trocador de calor, a qual apresenta incremento com a vazão mássica do fluido interno, e com a redução da temperatura de entrada do fluido interno, ambos os parâmetros relacionados com o incremento da taxa de transferência de calor total do equipamento.
metadata.dc.description.abstractother: This study concerns a modelling for a finned crossflow heat exchanger, consisting in a Waste Heat Recovery Unit (WHRU), which operates with fluids with significant variations of specific heat, and variation of global heat transfer coefficient. For the modelled system, combustion flue gases at 490 °C enter the finned side of the heat exchanger, while another fluid with high variations of thermophysical properties flows inside the tubes with inlet temperature ranging from 75 to 150 °C. The log mean temperature difference LMTD and effectiveness methods are used to model the heat exchange. The system is optimized by a genetic algorithm to improve the fins profiles, comprising fin thickness, length and number of fins per meter, aiming to obtain the maximum heat transfer rate. Subsequently, other geometrical parameters of the heat exchanger are optimized by a heuristic method to obtain the desired heat transfer rate. Based on the results, it can be concluded that the simplified approach based on LMDT results in bigger required areas then the discretized, being 16% the smallest increase in numbers of rows for a 135°C entering temperature of cool fluid, and mass flow of inside fluid equals 60% of outside fluid, which indicates that variations of fluids properties and global heat transfer coefficient result in non-linearities of the problem. Additionally, an exergy analysis is performed for the heat exchanger, that indicates that the rate of exergy destruction increases with mass flow rate of the internal flow, and with reduction of the inlet temperature of the inlet flow, both related with the increment of heat transfer rate.
URI: https://app.uff.br/riuff/handle/1/8673
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