Utilização de simulações numéricas eulerianas para avaliar o acréscimo de troca térmica em um trocador de calor da indústria de óleo e gás que utiliza nanofluidos - Uchalin, Manuel Anthony Toribio Pacherres [UNESP] (2024)
Os trocadores de calor são equipamentos empregados para transferir energia térmica entre fluidos. Estes dispositivos desempenham um papel fundamental em muitos processos industriais e de engenharia. Nesse contexto, prever e melhorar seu desempenho térmico por meio de simulações numéricas tem um grande impacto nos aspectos técnicos, econômicos e ambientais. O presente trabalho visa avaliar a transferência de calor em um trocador de calor do tipo casco e tubos por meio de Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) utilizando o software Ansys Fluent. Para tanto, desenvolve-se um modelo simplificado de um trocador de calor do tipo casco e tubos, com seis defletores, o qual opera em regime turbulento. Neste trocador de calor, considera-se que um fluido refrigerante (em um primeiro momento a água e, depois, o nanofluido de Al2O3) passa pelo lado do casco e a temperatura das paredes externas dos tubos internos permanece constante. Os resultados revelam que o nanofluido de Al2O3 (Óxido de alumínio) desempenha um papel considerável no aumento da taxa de transferência de calor e do coeficiente global de transferência de calor. A condutividade térmica e a concentração das nanopartículas mostram-se influentes nesse fenômeno. No entanto, existe uma penalidade na queda de pressão, especificamente por causa do incremento da massa específica e da viscosidade do nanofluido. Destaca-se que os incrementos mais significativos na taxa de transferência de calor são registrados nas três condições de vazão mássica testadas (0,5 kg/s, 0,6 kg/s e 0,7 kg/s), com uma concentração de nanopartículas de 1,25%, atingindo em média um aumento de 37,83%. Além disso, para concentrações mais baixas, observa-se um aumento de 30,76% quando a concentração é de 1,00%, um incremento de 23,32% à 0,75%, de 15,47% à 0,50% e um acréscimo de 7,16% quando a concentração é de 0,25%, em comparação com o fluido base (água). Para as mesmas condições, os coeficientes globais de transferência de calor experimentam aumentos de 47,84%, 8,51%, 18,70%, 28,62% e 38,32%, respectivamente. No que se refere à queda de pressão, esses aumentos foram de 5,30%, 4,41%, 3,51%, 2,61% e 1,72%, respectivamente. Ressalta-se que a concentração ideal de nanopartículas foi determinada como sendo igual a 1,25%, uma vez que essa concentração proporciona os maiores acréscimos percentuais nas variáveis que influenciam os parâmetros operacionais do trocador de calor, com um impacto sobre a queda de pressão relativamente baixo