Incremento no desempenho em intercoolers pelo uso de venezianas: modelo teórico-experimental. - Fábio Ribeiro (2015)
Mecanismos de aprimoramentos passivos elevam a taxa transferência de calor em trocadores de calor por meio de modificações na superfície de troca térmica. Estas modificações geram turbulência no escoamento sem a necessidade de utilizar dispositivos que consomem energia externa. Este efeito limita o crescimento da camada limite térmica perto da superfície de transferência de calor. Neste trabalho a melhoria da superfície de troca térmica é exercida utilizando as aletas triangulares com venezianas. Este tipo de aleta promove incremento na troca térmica sem a necessidade de adição de material extra na sua fabricação ou qualquer modificação extrema no projeto do trocador de calor. Em virtude disso, o uso de aletas com venezianas em trocadores de calor utilizados no setor automotivo tem se mostrado eficiente para projetos onde há limitações de espaço e demanda por maior troca térmica. O trocador de calor compacto estudado é um intercooler utilizado para arrefecer o ar de admissão em veículos turboalimentados. Para efeito comparativo, foram então construídos dois modelos de intercoolers com dimensões geométricas idênticas, e com a mesma quantidade de tubo e aletas. Assim, um modelo foi fabricado com aleta triangular e o outro com aleta triangular com venezianas. A avaliação dos dois modelos de intercoolers, foram realizadas através de análise teórica e experimental. Os ensaios foram conduzidos em um banco de ensaio denominado calorímetro. Por meio dele os intercoolers com aletas triangulares e com aletas triangulares com venezianas tiveram suas taxas de dissipação de calor obtidas assim como as suas vazões e quedas de pressões em ambos os escoamentos. Os resultados experimentais foram comparados com os resultados obtidos por meio de correlações analíticas provenientes do método da Efetividade-NUT. As diferenças entre os resultados experimental e o teórico calculado pelo método ? - NUT variou entre 0,22% e 5,42% no escoamento interno e 0,06% e 9,92% no escoamento externo. Portanto, as comparações entre os resultados experimental e o calculado pelo método ? - NUT para ambos os modelos de intercooler apresentaram-se satisfatórios cuja a estimativa de incerteza de medição situou-se entre 1,43% e 4,06% para um nível de confiança de 95%. Os resultados obtidos foram apresentados em fator j de Colburn de modo a fornecer uma representação da transferência de calor em termos de parâmetro adimensional em função do número de Reynolds. Foi constatado que o fator j de Colburn na superfície com aleta triangular com venezianas é 2 vezes maior que o da superfície com aleta triangular. Contudo, o fator de atrito da superfície com aleta triangular com venezianas é 5 vezes maior que a superfície com a aleta triangular. Portanto houve um ganho na dissipação do calor com um aumento significativo no fator de atrito. Com o objetivo de avaliar a viabilidade da aleta com venezianas foram feitas análises simultâneas entre o fator j de Colburn e o fator de átrio de Fanning por meio do critério de avaliação de desempenho. Com tais ganhos obtidos e análises realizadas pode-se afirmar que a técnica desenvolvida por este trabalho de tese apresenta-se muito adequada para o desenvolvimento de trocadores de calor automotivos.