Caracterização térmica de um termossifão bifásico de naftaleno

Abstract

O termossifão bifásico é um dispositivo tubular de grande condutância térmica, com o qual é possível confeccionar trocadores de calor dos mais variados tamanhos e geometrias. Em se tratando da substituição de certos trocadores convencionais, tais equipamentos têm atraído o interesse da indústria por resultarem em equipamentos com menores custos operacionais, maior segurança, robustez e confiabilidade, o que abre novas oportunidades de investimentos em eficiência energética de plantas de processo e utilidades. A água tem sido o principal fluido de trabalho utilizado em termossifões bifásicos. No entanto, em alguns recuperadores de calor que operam em temperaturas médias na ordem de 300 °C, é impeditivo o uso da água como fluido de trabalho. Para estes casos, fluidos orgânicos têm sido utilizados pela indústria, particularmente o naftaleno. Neste trabalho, propõe-se um modelo matemático para estimar os coeficientes de troca de calor internos de um termossifão bifásico em que utiliza naftaleno como fluido de trabalho. Este modelo foi aferido através de uma bancada experimental. Adicionalmente, foi realizada uma modelagem do desempenho de termossifões contendo impurezas no fluido de trabalho, na forma de gases não-condensáveis. A análise teórico-experimental indicou que o modelo desenvolvido é uma ferramenta conservativa para o dimensionamento térmico de trocadores com termossifões bifásicos com especificações próximas - mas não necessariamente idênticas - às dos tubos ensaiados na bancada. Os resultados desse trabalho expõem claramente a relação causal entre a presença de gases não-condensáveis e a queda de desempenho dos termossifões bifásicos quando operando a temperaturas relativamente baixas. E mostra que os termossifões de naftaleno podem ter seu desempenho depreciado principalmente por efeitos de compressibilidade e de arraste de fluido.