Bioeconomia: Diversidade e Riqueza para o Desenvolvimento Sustentável
21 a 25 de outubro de 2019
Trabalho 11176
| ISSN | 2237-9045 |
|---|---|
| Instituição | Universidade Federal de Viçosa |
| Nível | Graduação |
| Modalidade | Pesquisa |
| Área de conhecimento | Ciências Exatas e Tecnológicas |
| Área temática | Engenharia/Tecnologia |
| Setor | Departamento de Engenharia de Produção e Mecânica |
| Bolsa | PROBIC/FAPEMIG |
| Conclusão de bolsa | Sim |
| Apoio financeiro | FAPEMIG |
| Primeiro autor | Yan Souza Montes |
| Orientador | DANIELLE DIAS SANT ANNA MARTINS |
| Título | Otimização de aletas planas em trocadores de calor compactos (TCC) através de modelagem e simulação CFD |
| Resumo | Trocadores de Calor são dispositivos largamente utilizados para transferir calor entre dois ou mais fluidos em diferentes temperaturas. Quando um dos fluidos envolvidos na permuta de calor é um gás, é necessária uma grande área de troca térmica. Por esse motivo, utiliza-se os Trocadores de Calor Compactos (TCC), uma vez que esses dispositivos possuem compacticidade superior a 700 m^2/m^3 (área de troca de calor/volume do trocador). Além disso, na busca de equipamentos cada vez mais compactos e eficientes, a otimização geométrica das aletas (superfície expandidas dos TCC) é um dos caminhos possíveis. A área de otimização de TCC encontra-se em plena expansão. Programas computacionais, como por exemplo o ANSYS, auxiliam a realização desta tarefa e os algoritmos genéticos são um dos principais métodos de otimização empregados. Sendo assim, esse trabalho objetivou encontrar geometrias otimizadas de trocadores de calor compactos empregando diferentes funções objetivo em simulações CFD por meio da variação de velocidade do escoamento e da geometria (diâmetro externo dos tubos, fin spacing, distância transversal e longitudinal entre tubos) das aletas planas. Para isso, utilizou o método de algoritmo genético (MOGA) e três funções objetivos [fator de Colburn e fator de atrito (multiobjectivo), Troca de Calor e fator de Colburn]. Inicialmente, analisou-se artigos pertinentes da área para compreender o que os estudiosos estavam pesquisando sobre a otimização de trocadores de calor compactos nos últimos anos. Desse modo, levantou-se as principais características da área de interesse e delimitou o objetivo do trabalhado. Posteriormente, com o auxílio do software ANSYS, a geometria do TCC foi desenhada e as suas dimensões parametrizadas. Por último, implementou-se as funções objetivos no software, definiu a faixa de variação das variáveis de projeto (seguindo o trabalho de Wang, Chi e Chang (2000b)) e analisou os resultados obtidos comparando com os valores da geometria base. Os resultados adquiridos nas diferentes simulações realizadas representam um ganho de 136% de troca de calor, 20% de redução do fator de atrito e 40% de melhoria para o fator de Colburn. Ademais, a geometria do TCC com maior troca de calor não obteve o melhor fator de Colburn, sendo desse modo preferível o trocador com troca de calor elevada. Por fim, constatou-se que as funções objetivos fator de Colburn e fator de atrito são conflitantes entre si, logo é difícil de encontrar os melhores resultados de ambos objetivos simultaneamente. |
| Palavras-chave | Trocadores de calor compactos, otimização, algoritmo genético |
| Forma de apresentação..... | Painel |