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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40541| Título: | Simulação do rendimento térmico de um sistema recuperador de calor gás-gás operado em regime de leito fluidizado borbulhante para aquecimento de ar |
| Título(s) alternativo(s): | Thermal performance simulation of a gas-gas heat recovery system operated in bubbling fluidized bed regime for air heating |
| Autor(es): | Bezerra, Denis Max de Lima |
| Orientador(es): | Behainne, Jhon Jairo Ramirez |
| Palavras-chave: | Análise térmica Permutadores térmicos Fluidização Modelagem Aquecimento Simulação (Computadores) Thermal analysis Heat exchangers Fluidization Modeling Heating Computer simulation |
| Data do documento: | 18-Mar-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | BEZERRA, Denis Max de Lima. Simulação do rendimento térmico de um sistema recuperador de calor gás-gás operado em regime de leito fluidizado borbulhante para aquecimento de ar. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2026. |
| Resumo: | Trocadores de calor de leito fluidizado (TCLF) destacam-se pelo oferecimento de um alto coeficiente de transferência de calor suspensão-superfície, que pode atingir várias vezes o valor alcançado por uma convecção monofásica gás-gás usando velocidades similares do gás fluidizante. Tendo em vista a identificação de algumas lacunas em trabalhos prévios, principalmente naqueles relacionados aos recuperadores de calor gás-gás, esta pesquisa realiza um estudo teórico para avaliar, principalmente, a taxa de transferência de calor e a efetividade alcançada por um sistema recuperador de calor em escala piloto operado em leito fluidizado borbulhante, cujo fim é aquecer ar atmosférico a partir de efluentes residuais industriais disponíveis em alta temperatura. As análises tiveram três propósitos: determinar a influência do número de tubos do recuperador de calor usando o modelo clássico da renovação da suspensão gássólido, comparar os resultados obtidos a partir de quatro modelos semiempíricos mantendo uma mesma quantidade de tubos, e quantificar a inclusão de fitas de torção no interior dos tubos para melhorar o desempenho térmico sob condição de regime laminar. Os resultados obtidos com a variação do número de tubos mostraram que, na faixa operacional explorada, a taxa de transferência de calor, bem como a efetividade térmica do trocador de calor, pode sofrer inversões de comportamento quando o regime do escoamento do gás “frio” muda de transição para laminar, uma vez que resistência térmica desse escoamento é amplamente dominante. Dessa forma, as discrepâncias observadas nos valores do coeficiente de transferência de calor suspensão/tubo, obtidos a partir das simulações com os modelos escolhidos, pouco influenciaram nas variáveis de rendimento térmico do recuperador de calor. Finalmente, ao considerar a inclusão de fitas de torção no interior dos tubos para reduzir a resistência térmica do escoamento, obteve-se um ganho entre 35% a 136% nas taxas de transferência de calor e da efetividade térmica. Esse resultado coloca o TCLF do tipo gás-gás em patamar de rendimento similar ao atingido por um TCLF do tipo líquido-gás, amplamente difundido no meio industrial. |
| Abstract: | Fluidized Bed Heat Exchangers (TCFL) stand out for offering a high suspension-tosurface heat transfer coefficient, which can reach several times the value achieved by single-phase gas-gas convection using similar fluidizing gas velocities. In view of identifying gaps in previous studies, particularly those related to gas-gas heat recuperators, this research conducts a theoretical study to evaluate, primarily, the heat transfer rate and the effectiveness achieved by a pilot-scale heat recuperator system operated in a bubbling fluidized bed, aimed at heating atmospheric air from hightemperature industrial waste effluents. The analyses served three purposes: determining the influence of the number of heat recuperator tubes using the classic gas-solid suspension renewal model; comparing the results obtained from four semiempirical models while maintaining the same number of tubes; and quantifying the inclusion of twisted tapes inside the tubes to improve thermal performance under laminar flow conditions. The results obtained by varying the number of tubes showed that, within the explored operating range, the heat transfer rate, as well as the thermal effectiveness of the heat exchanger, may undergo behavioral inversions when the "cold" gas flow regime changes from transition to laminar, since the thermal resistance of this flow is largely dominant. Thus, the discrepancies observed in the suspensionto-tube heat transfer coefficient values, obtained from simulations with the chosen models, had little influence on the thermal performance variables of the heat recuperator. Finally, by considering the inclusion of twisted tapes inside the tubes to reduce the flow's thermal resistance, a gain of 35% to 136% in heat transfer rates and thermal effectiveness was obtained. This result places the gas-gas FBHE at a performance level similar to that achieved by liquid-gas FBHEs, which are widely used in industrial settings. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40541 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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