Validação de uma bancada de testes de trocadores de calor do tipo casco-termossifão

Abstract

Tubos de calor e termossifões são dispositivos altamente eficazes para trocas térmicas, que operam em um ciclo bifásico fechado e utilizam calor latente de vaporização para transferir calor mesmo com pequenas diferenças de temperatura. No Laboratório de Tubos de Calor da UFSC (LABTUCAL/EMC), existe uma bancada universal de testes de trocadores de calor (BANCUN), a qual é utilizada principalmente para testes de trocadores de calor assistidos pela tecnologia de termossifões bifásicos. O presente trabalho analisa o desempenho térmico desta bancada, operando com óleo térmico comercial, gases de combustão e água. Fazendo uso das propriedades térmicas de cada fluido, como por exemplo calor específico e densidade, bem como dos dados de temperatura e vazão fornecidos por sensores, foi possível obter a taxa de transferência de calor transferido de uma corrente para a outra, utilizando a 1ª Lei da Termodinâmica. Neste trabalho, verificou-se se a BANCUN estava apresentando resultados confiáveis de trocas térmicas, ou seja, se ela poderia ser validada em termos de balanço de energia, para aplicações em futuros testes com petróleo, o qual tem propriedades muito variáveis de um campo de extração para outro e por isso não foi utilizado de imediato. Após os testes, verificou-se que a perda térmica global foi da ordem de 16% e, levando em consideração que ainda existem perdas na tubulação, principalmente em componentes com pouco isolamento térmico como válvulas, sensores e flanges, um valor desta ordem pode ser considerado aceitável. Com base nesse resultado, a BANCUN foi considerada suficientemente precisa para receber os testes com petróleo.

Heat pipes and thermosyphons are highly effective thermal exchange devices that operate in a closed two-phase cycle and use the latent heat of vaporization to transfer heat even with small temperature differences. In the Laboratory of Heat Pipes of UFSC (LABTUCAL / EMC), there is an universal heat exchanger test bench (BANCUN), which is used mainly for tests of heat exchangers assisted by the two-phase thermosyphon technology. The present work analyzes the thermal performance of this bench, operating with commercial thermal oil, combustion gas and water. Making use of the thermal properties of each fluid, such as specific heat and density, as well as temperature and flow data provided by sensors, it was possible to obtain the heat transfer rate transferred from one stream to another one using first Law of Thermodynamics. In this work, it was verified if the bench was presenting reliable results of thermal exchanges, that is, if it could be validated in terms of energy balance for applications in future tests with petroleum, which has very variable properties from one field to another and so it was not used immediately. After the tests, it could be verified that the overall heat loss was of 16% and taking into account that there are still heat losses in the pipeline, mainly in components with low thermal insulation like valves, sensors and flanges, this value can be considered acceptable. Based on this result, the BANCUN was considered sufficiently accurate to receive petroleum tests.