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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37797
Título: | Estudo da influência da configuração das aletas em uma camisa de resfriamento de um reator CSTR sobre a perda de carga e comportamento dinâmico da temperatura |
Título(s) alternativo(s): | Study of the influence of fins configuration in a cooling jacket of a CSTR reactor on loss of load and dynamic temperature behavior |
Autor(es): | Santos, Gabriel de Mattos Dias, José Augusto dos Santos |
Orientador(es): | Matos, Everton Moraes |
Palavras-chave: | Meios de transferência de calor Simulação (Computadores) Reatores químicos Controle de temperatura Heat-transfer media Computer simulation Chemical reactors Temperature control |
Data do documento: | 26-Mar-2025 |
Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
Câmpus: | Ponta Grossa |
Citação: | SANTOS, Gabriel de Mattos; DIAS, José Augusto dos Santos. Estudo da influência da configuração das aletas em uma camisa de resfriamento de um reator CSTR sobre a perda de carga e comportamento dinâmico da temperatura. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2025. |
Resumo: | Os Reatores de tanque agitado continuamente (CSTR) são amplamente utilizados em processos químicos, especialmente em reações exotérmicas, por sua capacidade de promover a mistura e o controle eficiente da temperatura. Para melhorar o desempenho no controle de temperatura em reações exotérmicas, foram introduzidas superfícies estendidas, chamadas aletas, no projeto do reator. Essas superfícies estendidas têm como objetivo aumentar a área de troca térmica e, assim, melhorar a taxa de transferência de calor por convecção, proporcionando uma melhor resposta no controle da temperatura do tanque agitado. Neste trabalho, foram realizadas simulações em Salome, Octave e Ansys CFX, de um reator CSTR com diferentes configurações de aletas, do tipo plano com perfis geométricos retangulares, triangulares e triangular-parabólicos, que circundam externamente o reator, com o objetivo de analisar a influência das geometrias das aletas sobre a perda de carga e a distribuição de temperatura no interior do reator. A diferença entre as configurações foi observada nos resultados de taxa de transferência de calor por convecção e perda de carga. As aletas triangulares se mostraram mais eficazes, reduzindo mais a vazão do fluido de resfriamento em comparação com as outras configurações e apresentando a menor perda de carga, proporcionando um desempenho superior. Com os resultados da modelagem, obteve-se um custo de material, desconsiderando o preço do equipamento e da usinagem nas análises, levando em consideração apenas o custo do aço inoxidável utilizado na modelagem. Constatou-se que a ampliação da área de troca térmica, com a adição de aletas, é eficaz, trazendo benefícios ao processo. A configuração de aletas com perfil triangular se mostrou a mais vantajosa para otimizar o controle da temperatura do reator. |
Abstract: | Continuous Stirred Tank Reactors (CSTRs) are widely used in chemical processes, especially in exothermic reactions, due to their ability to promote mixing and efficient temperature control. To improve the performance in temperature control for exothermic reactions, extended surfaces, called fins, were introduced in the reactor design. These extended surfaces aim to increase the heat exchange area and, thus, improve the heat transfer rate by convection, providing a better response in controlling the temperature of the stirred tank. In this work, simulations were performed in Salome, Octave, and Ansys CFX, for a CSTR reactor with different fin configurations, of the flat type with rectangular, triangular, and triangular-parabolic geometric profiles, which surround the reactor externally, in order to analyze the influence of fin geometries on the pressure drop and temperature distribution inside the reactor. The difference between the configurations was observed in the results of the convective heat transfer rate and pressure drop. The triangular fins were found to be more effective, reducing the coolant flow rate more than the other configurations and presenting the lowest pressure drop, providing superior performance. Using the modeling results, a material cost was obtained, disregarding the equipment and machining prices in the analysis, considering only the cost of the stainless steel used in the modeling. It was found that increasing the heat exchange area by adding fins is effective, bringing benefits to the process. The fin configuration with a triangular profile proved to be the most advantageous for optimizing reactor temperature control. |
URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37797 |
Aparece nas coleções: | PG - Engenharia Química |
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