Análise numérica de trocadores de calor compactos em formato z

Abstract

Novas tecnologias de fabricação possibilitam a construção de peças cada vez mais complexas. Devido a isso, análises numéricas permitem primeiras aproximações e proporcionam aos projetistas avaliar se o modelo é adequado ou não. A utilização de trocadores compactos transcende as mais diversas áreas, e seu estudo é imprescindível para a melhoria contínua de processos de troca de calor. O presente trabalho estudou o comportamento térmico e mecânico de um trocador de calor em Z a fim de estimar seu potencial térmico e como se comportam as tensões máximas devido a temperatura dentro da geometria para um caso específico. Os resultados foram comparados com dados experimentais da taxa de transferência de calor de um trocador de calor de escoamento cruzado produzido pela técnica SLM (Selective Laser Melting) em aço 316L, e mostram que para a direção do escoamento analisado, o trocador de calor de escoamento cruzado possui até 40% mais calor trocado que em relação ao modelo em Z quando considerada a taxa de calor por volume do trocador. Os resultados estruturais obtidos vão de encontro com a teoria e mostram que as maiores tensões se encontram nos maiores gradientes de temperatura, podendo chegar a valores de até 100 MPa para os casos analisados.