Questão 6

Por que as regras da metodologia Pinch para síntese da rede de trocadores são necessárias? Qual a alternativa quando a regra do NCSxNHS não é atendida? Qual a alternativa quando a regra do mCp não é atendida?

Passo 1

O enunciado tá perguntando sobre a metodologia Pinch para projeto de redes de trocadores de calor:
  1. Por que as regras dessa metodologia são importantes?
  2. O que fazer quando a regra do Nrm CStimes Nrm HS não é atendida?
  3. O que fazer quando a regra do mdot cp não é atendida?
Conteúdo: conceitos básicos de Pinch (curvas compostas, análise de energia, regras de “match” e número mínimo de trocadores).
O que vamos precisar: entender as duas regras citadas e saber quais “gambiarras” ou ajustes de projeto podemos usar pra satisfazê-las.

Passo 2

Por que precisamos de regras na metodologia Pinch?
Imagina que você mistura quente e frio sem regra nenhuma: pode ficar montagem inútil, com trocadores gigantes, muita energia gasta ou até impossível de operar. As regras garantem:
  • Que o número mínimo de trocadores seja alcançado sem redundância;
  • Que cada trocador seja termodinamicamente viável (sem violar o Pinch);
  • Que a rede seja econômica e segura.
Em resumo, elas asseguram que nossa rede atinja o mínimo de consumo de utilidades e seja factível de fabricar e operar.

Passo 3

E quando a regra do Nrm CStimes Nrm HS não é atendida?
Regra do Nrm CStimes Nrm HS diz que, para não faltar trocadores, o número de correntes frias ( Nrm CS) vezes o número de correntes quentes ( Nrm HS) deve ser maior ou igual ao número de trocadores sugeridos pelo diagrama de Pinch. Se Nrm CStimes Nrm HS é menor, aí você não consegue fazer todos os “matches” necessários.
Alternativa:
  1. Quebrar (split) uma corrente em duas partes, aumentando Nrm CS ou Nrm HS.
  2. Assim sobra combinação suficiente pra você casar todas as trocas necessárias.
  3. Depois faz sub-rede paralela ou série pra balancear os fluxos.

Passo 4

E quando a regra do mdot cp não é atendida?
Regra do mdot cp diz que cada trocador deve respeitar a relação de capacidade térmica: se uma corrente fria tiver muito baixo mdot cp e a quente for alta (ou vice-versa), o trocador fica gigantesco ou não atinge o ∆T mínimo.
Alternativa:
  1. Fazer split na corrente problemática (dividir o fluxo mássico ou alterar a composição), criando duas correntes com mdot cp menores e mais equilibrados;
  2. Inserir um trocador intermediário com utilidade quente/fria para nivelar temperaturas antes do trocador principal;
  3. Reajustar as ΔT’s de aproximação (∆Tmin) em etapas, criando “degraus” de temperatura.

Resposta

  1. As regras do Pinch evitam redes inviáveis ou ineficientes e garantem mínimo de consumo de utilidades.
  2. Se Nrm CStimes Nrm HS falhar, a gente faz split de correntes pra aumentar combinações possíveis.
  3. Se a regra do mdot cp falhar, a gente faz split de fluxo ou insere trocador intermediário pra equilibrar as capacidades térmicas.

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