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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.86.2015.tde-31032015-113912
Documento
Autor
Nome completo
Elí Wilfredo Zavaleta Aguilar
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2015
Orientador
Banca examinadora
Simões-Moreira, Jose Roberto (Presidente)
Matai, Patricia Helena Lara dos Santos
Pimenta, Marcos de Mattos
Ribatski, Gherhardt
Rocha, Marcelo da Silva
Título em português
Estudo experimental de um destilador por filme descendente para um ciclo de refrigeração por absorção de amônia-água em um banco de tubos horizontais
Palavras-chave em português
amônia.
cogeração de energia elétrica
destilação
refrigeração
Transferência de calor
Resumo em português
Este trabalho constitui o estudo experimental de um componente importante de um ciclo de refrigeração por absorção de amônia-água - o destilador. O destilador neste ciclo, é o encarregado de produzir vapor de amônia de elevada pureza a partir de uma solução líquida concentrada de amônia-água. É proposto aqui um destilador de filme descendente composto somente por dois elementos: o gerador e o retificador. O gerador é constituído por um banco de tubos horizontais que no seu interior passa óleo térmico sintético aquecido. A solução de amônia-água concentrada escoa externamente aos tubos por filme descendente e, mediante seu aquecimento, é produzido vapor de amônia úmida. O retificador, também constituído por tubos horizontais, resfria e condensa parte desse vapor úmido, produzindo assim vapor de amônia destilada de elevada pureza. O objetivo deste trabalho foi analisar experimentalmente a influência de diferentes parâmetros no funcionamento do destilador no que diz respeito à concentração e à vazão mássica de destilado de amônia produzido. Para isso, foi construído um arranjo experimental que permite variar temperatura, vazão e concentração da solução amônia-água, bem como, a temperatura do óleo térmico no gerador e da água de resfriamento no retificador. O aparelho pode trabalhar com pressão interna até 20 bar e temperatura até 150 °C. Os resultados mostraram que a concentração de amônia destilada aumenta quando incrementada a vazão mássica da solução concentrada e quando a temperatura do retificador, do gerador e da solução concentrada diminui. Porém, exceto na diminuição da temperatura do retificador, sempre quando o grau de pureza do destilado de amônia aumentava, sua vazão mássica diminuía. Foram realizados ensaios com duas concentrações de solução concentrada que são: 37 e 49 %. A pureza do destilado de amônia aumenta quanto maior for essa concentração, chegando até 99,74 %. Foram também analisados o sistema de distribuição de líquido nos tubos, o padrão de escoamento entre os tubos, bem como, avaliou-se o número de Nusselt médio para o filme descendente da mistura amônia-água.
Título em inglês
Experimental study of a falling film distiller for an ammonia-water absorption refrigeration cycle in a horizontal tube bundle
Palavras-chave em inglês
ammonia.
cogeneration of electricity
distillation
Heat transfer
refrigeration
Resumo em inglês
This work presents the experimental study of an important component of an ammonia-water absorption refrigeration cycle - the distiller. The distiller is responsible for producing high purity ammonia vapor from a concentrated ammonia-water liquid solution. It is analyzed here a falling film distiller composed solely of two elements: the generator and the rectifier. The generator consists of a horizontal tube bundle which internally hot thermal synthetic oil passes through. The ammonia-water concentrated solution flows externally on the tubes making a falling film resulting in a wet ammonia vapor. The rectifier, which is also a horizontal tube bundle, cools down the wet ammonia vapor and condenses part of water content, thus producing high purity distilled ammonia vapor. The aim of this work is to analyze the influence of different parameters on the operation of the distiller, respecting the concentration and the mass flow rate of distillate ammonia produced. For that, an experimental setup that allows to vary the temperature, the mass flow rate and the concentration of the ammonia-water solution, as well as, the thermal oil temperature in the generator and the cooling water temperature in the rectifier was built. This experimental setup can work at internal pressures up to 20 bar and temperature up to 150 °C. The results showed that the distilled ammonia concentration enhances when increased the concentrated solution mass flow rate, and when the temperature of the rectifier, generator and the concentrated solution decreased. However, except in the reduction of the rectifier temperature, whenever the purity of distilled ammonia increased, its mass flow rate decreased. There were performed tests with two concentrations of the concentrated solution: 37 and 49 %. The ammonia distilled purity increases for the higher concentration, reaching up to 99.74 %. There were also analyzed the liquid distribution system on the pipes, the intertube flow mode, furthermore, the average Nusselt number for the ammonia-water falling film mixture.
 
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tese_eli2015.pdf (69.66 Mbytes)
Data de Publicação
2015-04-06
 
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