Aplicação do metodo EGM a um recuperador de calor de solidos particulados operando com leito fluidizado raso
Juan Harold Sosa Arnao
DISSERTAÇÃO
Português
(Broch.)
T/UNICAMP So71a
[Application of the EGM method to a particulated solids heat recovery equipment operating with shallow fluidized bed.]
Campinas, SP : [s.n.], 2003.
103p. : il.
Orientador: Arai Augusta Bernardez Pecora
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica
Resumo: Neste trabalho foi realizado o estudo experimental da geração de entropia em um trocador de calor, o qual opera com leito fluidizado raso e recupera o calor contido na areia proveniente de um incinerador. Este trocador de calor é caracterizado por apresentar dois fluidos (ar e água) que...
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Resumo: Neste trabalho foi realizado o estudo experimental da geração de entropia em um trocador de calor, o qual opera com leito fluidizado raso e recupera o calor contido na areia proveniente de um incinerador. Este trocador de calor é caracterizado por apresentar dois fluidos (ar e água) que ganham energia das partículas sólidas (areia). O objetivo foi analisar a influência dos fatores que afetam o desempenho do trocador de calor, visando determinar as condições operacionais ótimas do mesmo. Para isso foi realizado um planejamento experimental fatorial 23 com três pontos centrais, o qual permitiu a identificação dos fatores estatisticamente significativos sobre a variável de resposta. Os fatores estudados foram: a área de transferência de calor (A), analisada em 3 níveis diferentes (0,066 ; 0,1 04 e 0,130 m2); o número de chicanas (No) no casco (O, 3, e 6); e a razão entre as capacidades caloríficas do material sólido e da água (C) que variou também em 3 níveis (0,05; 0,075 e 0,1). A variável de resposta estudada foi o número de unidades de geração de entropia (Ns). Também foram analisadas as seguintes variáveis de resposta: eficiência exergética (N=:), eficiência energética (Ecne) e efetividade do trocador de calor (E). A aplicação do método de minimização de geração de entropia (EGM) e da análise exergética nos resultados obtidos experimentalmente, mostrou que a melhor configuração para o trocador de calor estudado ocorreu quando o diâmetro do tubo imerso no leito estava em seu valor médio, enquanto o número de chicanas e a razão entre as capacidades caloríficas estavam em seus valores máximos. A análise estatística dos resultados mostrou que o número de chicanas e a área de transferência de calor possuem influência significativa sobre o Ns. Verificou-se também que as melhores condições de operação (Ns mínimo e Nc:xe máximo) ocorreram quando a variação da exergia do sólido foi unifonnemente distribuída entre os fluxos de ar e de água. A análise de primeira lei refletida através da eficiência energética do sistema, foi um indicador interessante mas insuficiente para a análise do sistema. Quando esta análise é combinada com a análise exergética e o método de minimização de geração de entropia, os critérios de otimização e a adequada operação do sistema podem ser atingidos. A definição de efetividade do trocador de calor (E), usada tradicionalmente na avaliação deste tipo de equipamento, mostra-se adequada quando só a água é o produto útil, mas quando a intenção é o uso posterior dos fluxos de ar e de água esta definição pode levar a conclusões incompletas
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Abstract: This work presents an experimental study of the entropy generation in a fluidized bed heat exchanger used for heat recovering of contained sand particles discharged ftom an incinerator. This heat exchanger is characterized by presenting two fluids (air for fluidization and water flowing...
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Abstract: This work presents an experimental study of the entropy generation in a fluidized bed heat exchanger used for heat recovering of contained sand particles discharged ftom an incinerator. This heat exchanger is characterized by presenting two fluids (air for fluidization and water flowing inside an immersed tube) that gains energy ITom solid particles (sand). The objective was to analyze the influence of the factors that affect the heat exchanger performance, being aimed to determine the best operational conditions for the equipment. A factorial experimental planning 23 with three central points was developed, in order to obtain the identification of the statistically significant factors about the reply variables. The studied factors were: heat transfer area (A), analyzed in 3 different levels (0.066; 0.104 and 0.130 m2); number ofbaflles immersed in the fluidized bed (Nc=0,3, and 6); and rate between the calorific capacities of solid material and water (C) that also varied in 3 levels (0.05; 0.075 and 0.1). The first studied reply variable was the number of units of entropy generation (Ns). Also the following reply variables had been analyzed: exergetic efficiency (Nexe), energy efficiency <Eene) and effectiveness of the heat exchanger (E). The application of the entropy generation minimization method (EGM) and ofthe exergetic analysis in the experimentally gotten results, showed that the best confíguration for the studied heat exchanger occurred when the diameter of the immersed tube in the fluidized bed was in the medium size tested, while, the number ofbaflles and the rate calorific capacities ratio were in their maximum values. Statistics analysis of the resu1ts showed that the number and bafl1es and the heat transfer area have significant int1uence on Ns. It was also verified that the best operational conditions (minimum Ns and maximum Ncoo:) had occurred when the solid exergy variation was unifonnly distributed between water and air flows. The fust law analysis reflected through the energetic efficiency of the system was an interesting but insufficient indicator for the system analysis. When this analysis is combined with the exergetic analysis and entropy generation minimization method, the criteria of optimization and an adequate operation of the system can be reached. The definition of effectiveness ofthe heat exchanger (E), used traditiona11y to evaluate such equipment, reveals adequate when the water is the only useful product, but when there are more useful products this definition can induce to incomplete conclusions
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Juan Harold Sosa Arnao
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