Obtenção de uma correlação para o número de Nusselt com o uso da Fluidodinâmica Computacional (CFD) para um tanque de mistura com serpentinas helicoidais agitado por dois impelidores tipo Rushton

Abstract

Resumo: Operações com tanques de mistura são realizadas em um grande número de processos na indústria. Sua aplicação é requerida quando há a necessidade de reduzir qualquer gradiente de temperatura, composição ou acelerar uma reação existente no processo. Embora muitos dos processos utilizem tanques de mistura com mais de um impelidor, não foram encontrados na literatura estudos para obtenção de correlações do número de Nusselt para esses equipamentos, motivando o desenvolvimento deste trabalho. Foi desenvolvido um modelo computacional tridimensional com a utilização da Fluidodinâmica Computacional que mostrou, com base nos resultados, ser capaz de representar qualitativamente e quantitativamente os fenômenos envolvidos. Para o desenvolvimento do modelo foram admitidos os mesmos fluidos, considerações geométricas, condições de contorno, modelos de turbulência e faixas de velocidade, Reynolds, diâmetro de serpentina e dos impelidores utilizados por Jaimes (2015). Este trabalho apresenta como resultado a obtenção de uma correlação do número de Nusselt para tanques de mistura dotados de serpentinas helicoidais com dois impelidores do tipo Rushton. Os valores de Nusselt calculados a partir dessa correlação apresentaram desvio médio com relação aos dados simulados de 13,0%. Foi observado que a inclusão do segundo impelidor no tanque aproximadamente dobrou o coeficiente de transferência de calor e o consumo de potência para todos os fluidos quando comparado com o tanque com um impelidor nas mesmas condições de operação

Abstract: Agitated tank operations are carried out in a large number of processes in the industry. Its application is required when there is a need to reduce any temperature gradient, composition or accelerate an existing reaction in the process. Although many of the processes use agitated tanks with more than one impeller, no studies were found in the literature to obtain correlations of the Nusselt number for these equipments, motivating the development of this work. A three-dimensional computational model was developed with the use of Computational Fluid Dynamics that showed, based on the results, to be able to represent qualitatively and quantitatively the phenomena involved. For the development of the model, the same fluids, geometric considerations, contour conditions, turbulence models and velocity bands, Reynolds, serpentine and impellers diameters used by Jaimes (2015) were allowed. This work presents a correlation of the Nusselt number for agitated tanks equipped with helical coil with two Rushton impellers. The Nusselt values calculated from this correlation showed a mean deviation from the simulated data of 13.0%. It was observed that the inclusion of the second impeller in the tank approximately doubled the heat transfer coefficient and power consumption for all fluids when compared to the tank with a impeller in the same operating conditions