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CONEM 2022
XI Congresso Nacional de Engenharia Mecânica - CONEM 2022
Determinação computacional das curvas características do desempenho termo-hidráulico de trocadores de calor tubo-aleta
Submission Author:
Marcio Jose Espindola Demetrio , SC
Co-Authors:
João Victor Loebens Hinterholz, Marcio Jose Espindola Demetrio, Christian Hermes
Presenter: Marcio Jose Espindola Demetrio
doi://10.26678/ABCM.CONEM2022.CON22-0283
Abstract
Através da avaliação do sistema de refrigeração, percebe-se que os trocadores de calor exercem um papel fundamental no desempenho dos refrigeradores, uma vez que têm influência direta sobre a remoção de calor dos compartimentos. Como a resistência térmica do lado do ar é significativamente maior do que a do lado do escoamento interno (fluido refrigerante), o grande desafio do projeto de trocadores de calor tubo aleta é a obtenção de um aumento significativo na efetividade da troca de calor do lado do ar. Este ganho pode ser alcançado pelo aumento da área de troca ou pelo aumento do coeficiente de transferência de calor do lado do ar. Dessa forma, dada a relevância da refrigeração e a importância dos trocadores no desempenho de tais sistemas, o presente trabalho busca desenvolver um método computacional, usando técnicas de CFD, para caracterizar o desempenho termo-hidráulico de trocadores de calor tubo aleta para aplicações em refrigeração comercial leve. O racional por trás do trabalho está em reduzir o número de protótipos e testes experimentais em túnel de vento, de forma a obter por meio de simulações computacionais as curvas características de perda de carga e coeficiente de transferência de calor por convecção em função da vazão, além dos fatores de atrito de Fanning (f) e Colburn (j) em função do número de Reynolds. Os resultados comparativos com a bibliografia de Kays and London (1998) mostram uma capacidade dos modelos CFD de reproduzir o comportamento do trocador de calor com erro de até 18%. Enquanto isso, os modelos de simulação com trocadores completos conseguiram entregar resultados de perda de carga da ordem de 20% de diferença aos obtidos experimentalmente, e menor que 5% em termos de calor trocado. Por fim, as versões simplificadas são capazes de reproduzir os resultados das versões de simulação completas, principalmente no caso de seção de escoamento constante. Alguns fatores geométricos, como por exemplo, a influência da borda das aletas, a quantidade de fileira de tubos na direção do escoamento e a área da seção de entrada também foram analisadas.
Keywords
Condensadores e evaporadores, Trocador de calor tubo-aleta, CFD, Fator de atrito de Fanning, Fator j de Colburn
