Simula

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Simulação em CFD de Trocador de Calor Compacto

• Alunos Daniel M. C Hallack 032004
• Rafael B. Bugelli 035360

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Introdução

• Tipos de Trocadores de Calor
• Carcaça
• Tubo Duplo
• Serpentina
• Compacto
• Arranjos
• Triangular
• Triangular Rotacionado
• Quadrado
• Quadrado Rotacionado

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Trocador Escolhido

• Trocador de Tubos Aletados Compacto
• Arranjo Triangular
• Escoamento Cruzado
• Modelo escolhido em função do acesso a boas
  referências na literatura

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Revisão de Literatura

• Resultados para escoamento em tubos com arranjo
  semelhante
• SES (2007)
• Observada a Simetria
• Malha de caso similar
• Al-Witry (2003)
• Referência para o grau de refino
• Solução Analítica
• Incropera (1998)

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Características do Caso Estudado

• 3D Devido às Aletas
• Trocador composto por
• 4 tubos enfileirados
• Tubos e aletas de alumínio
• Seção transversal de 0.16m2
• Fluido Quente (cruzando os tubos)
• Ar a 300K e 1.5kg/s
• Fluido Frio (no interior dos tubos)
• refrigerante saturado mantido a temperatura
  constante de 243K

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Simetrias exploradas

• Eixo Y
• Eixo Z

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Pré Simulação Domínio/Malha
Disposição dos tubos s/ aletas
Perspectiva 3D
Disposição dos tubos c/ aletas
Malha Utilizada
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Pré Simulação - Hipóteses

• Pequena espessura domínio

Temperatura do escoamento interno constante ao
longo do eixo.

• Pequena espessura do tubo

Temperatura dos tubos e das aletas iguais ao do
fluido

• Fluxo mássico de entrada proporcional a área de
  entrada.

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Pré Simulação - Resultados

• Campo de Pressões

Campo de Velocidades
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Pré Simulação - Resultados

• Campos de Temperaturas

Secção Aletas
Secção Média
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Pré Simulação - Resultados

• Campo de Temperaturas na saída

• Tméd 19ºC 292K

Erro 69
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Simulação Final - Domínio

• Redução de domínio devido a simetrias

• Pré Simulação

Versão Final
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Simulação Final - Malha

• Plano X-Y

• Detalhe

• Plano Y-Z

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Simulação Final - Hipóteses

• Re 7563 Escoamento externo
  laminar
• O escoamento interno será modelado por um
  cilindro de diâmetro igual ao diâmetro interno do
  tubo, com temperatura constante e de mesmo
  material que o tubo.

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Simulação Final - Resultados

• Campo de Pressões

Campo de Velocidades
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Simulação Final - Resultados

• Campos de Temperaturas

Secção Aletas
Secção Média
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Simulação Final - Resultados

• Coeficiente de troca de calor

Aletas
Tubos
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Pré Simulação - Resultados

• Campo de temperaturas na saída

• Tméd 12ºC 285K

Erro 4
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Conclusão

• Critério na criação dos modelos e da malha
• Rigor na interpretação dos resultados
• Comparação com valores analíticos ou
  experimentais
• Exploração das simetrias do domínio foram
  fundamentais
• Escolha das equações que regem o fenômeno
• Importância da Pré - Simulação