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11
1
III WORKSHOP PROSUL
GERAÇÃO DE POTÊNCIA DISTRIBUÍDA
E ENERGIA AUTO-SUSTENTÁVEL
ROQUE LUIZ SUTIL MAINARDES
OTIMIZAÇÃO DE TROCADORES DE CALOR DETUBOS ALETADOS CIRCULARES E ELÍPTICOS
EM REGIME TURBULENTO
Autor: Roque Luiz Sutil MainardesOrientador: Prof. José Viriato C. Vargas, Ph. DCo-orientador: Prof. Rudmar Serafim Matos, Doutor Co-orientador: Prof. Juan Carlos Ordonez, Ph. D
Universidade Federal do Paraná
Setor de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia - PIPE
22
3
� INTRODUÇÃO
� MODELO MATEMÁTICO
� APARATO EXPERIMENTAL
� RESULTADOS E DISCUSSÃO
� CONCLUSÕES
APRESENTAÇÃO
4
� MOTIVAÇÃO
-- Máximo aproveitamento da energia disponível ;
- Larga aplicação industrial de Trocadores de Calor;
- Limitação do espaço disponível e/ou redução de volume dos equipamentos;
- Busca por equipamentos mais eficientes para projetos de Engenharia através da otimização térmica-hidráulica.
INTRODUÇÃO
33
5
INTRODUÇÃO
� OBJETIVOS
-- Otimização experimental de trocadores de calor em arranjos de tubos aletados, elípticos e cilíndricos para escoamento em regime turbulento, para a máxima transferência de calor e mínima potência de bombeamento(perda de carga);
- Obtenção da fração de volume de material sólido usados nos arranjos ;
- Apresentar os resultados gerais, através dos grupos adimensionais, para qualquer configuração similar às analisadas neste estudo;
- Apresentar as medições experimentais realizadas em laboratório;
- Do ponto de vista de Engenharia indicar a configuração ideal do arranjo de tubos, e
- Definir e quantificar as vantagens dos arranjos de tubos elípticos sobre os de tubos circulares.
6
REVISÃO DA LITERATURA
=> Aumento da transferência de calor
=> Possibilidade de redução do tamanho
MELHOR DESEMPENHO => Mínima potência de bombeamento (perda de carga)
44
7
1. Geometria do tubo: (Brauer, 1964), (Webb, 1989), (Ximenes, 1981), (Rocha et al., 1997), (Jang e Yang, 1998), (Bordalo e Saboya, 1999), (Saboya e Saboya, 2001), (Webb e Iyengar,2000), (Hasan e Siren, 2004), (Hasan, 2005).
2. Espaçamento entre tubos: (Bejan e Morega, 1993), (Bejan e Sciubba, 1992), (Bejan et al., 1995), (Bar-Cohen e Rohsenow, 1984), (Kim et al., 1991), (Stanescu et al., 1996).
3. Número de fileiras de tubos: (Rich, 1975), (Rosman et al., 1984), (Jang et al., 1996), (Jang e Chen, 1997), (Rocha et al., 1997), (Wang et al., 1997), (Jang e Yang, 1998).
4. Disposição dos tubos: (Ay et al., 2002), (Kundu et al., 2006)
5. Condições ambientais dos tubos/aletas: (Jang et al., 1998), (Lin e Jang, 2002).
6. Potencial de aplicação dos tubos elípticos: (Schulemberg, 1966), (Matos, 2000), (Hasan, 2005).
REVISÃO DA LITERATURA
8
7. Geometria da aleta: (Huang e Pu, 1995), (Jang e Chen, 1997), (Kundu e Das, 1997), (Wang et al., 1997), (Yun e Lee, 1999), (Yan e Sheen, 2000), (Leu et al., 2004), (Erek et al., 2005), (Kundu et al., 2006).
8. Espaçamento entre aletas: (Rich, 1973), (Jang et al., 1996), (Mendez et al.,
2000), (Wang e Chui, 2000), (Erek et al.,2005)
9. Material da aleta: (Rocha et al., 1997).
10. Correlações: (Elsayed et al., 2003), (Khan et al., 2004), (Elshazly et al.
(2005).
REVISÃO DA LITERATURA
S : (S/2b)
ESCOLHEU PARA OTIMIZAÇÃO GLOBAL e : (b/a)
δδδδ : (φφφφf=tf/tf+δδδδ)
55
9
O PROBLEMA FÍSICO
� ARRANJO DE TUBOS ALETADOS
OBJETIVO DA OTIMIZAÇÃO
GEOMETRIA ÓTIMA
Q (máxima troca de calor)
Restrição física (LHW volume fixo)
∆ P (minimização da perda de carga)
TROCADOR DE CALOR
10
O PROBLEMA FÍSICO
( G )
( S + 2 b )
( S / 2 + b )
,
( A )0
x
y
( E )
u
( E )
( G )
( G )
( G )
( E ) ( E )
S
( E )
( F )
( E )
↑↑→
→
↑∆↑→
m pW~
S S
S
p pW~
0 S
máx
ot
&
� GRAUS DE LIBERDADE GEOMÉTRICOS
0 Q U A S S
S 0 Q m A 0 S
Accmáx
ot
cec
→↓↑→→
→↓↓→ &
1. Espaçamento entre fileiras de tubos
calor de ciaTransferên
icaTermodinâm da Lei 1ª
) -(
) -(
TTA U Q
TTc m Q
bulk
sp
w=
=∞
&
&&
ρ
p m
pW
∆=
&&
66
11
O PROBLEMA FÍSICO
� GRAUS DE LIBERDADE GEOMÉTRICOS
circulares tubos
ot
planas placas
Q Q 1 ee
Q Q 0 e
→↓→→
→↓→
2.2. Excentricidade
↑∆↑→
→
↑↑→
p pW~
1 e
e
m pW~
0 e
ot
&
12
O PROBLEMA FÍSICO
� GRAUS DE LIBERDADE GEOMÉTRICOS
0 Q aletas de totalSup.W δ δ
δ 0 Q m 0 δ
máx
ot
ce
→↓=→→
→↓→ &
3.3. Espaçamento entre aletas
pW~
Wδ δ
efisícament esperado
ótimo há não
pW~ 0 δ
máx↓↓↓↓====→→→→
↑↑↑↑→→→→
77
13
O PROBLEMA FÍSICO
maxot SS0 << 1e0 ot << Wδ0 ot << → maxQ Q →
RESOLUÇÃO DO PROBLEMA FÍSICO SERÁ FEITA COM A EXPERIMENTAÇÃO DOS MÓDULOS VARIANDO OS 3 GRAUS DE LIBERDADE GEOMÉTRICOS.
maxot SS 0 << 1e0 ot << → minpW~
pW~
→
��
14
FOCOS DO PROBLEMA FÍSICO
� OTIMIZAÇÃO
ENCONTRAR A GEOMETRIA ÓTIMA DO ARRANJO, TAL QUE A TAXA TOTAL DA TROCA DE CALOR SEJA MAXIMIZADA;
� MINIMIZAÇÃO
OBTER A POTÊNCIA DE BOMBEAMENTO MÍNIMA, TAL QUE O CONSUMO DE ENERGIA PELO VENTILADOR SEJA MÍNIMO.
88
15
O PROBLEMA FÍSICO
� CRITÉRIO DE COMPARAÇÃO ENTRE TUBOS DE SEÇÃO CIRCULAR E ELÍPTICA
∞u
fluxo fluxo de de ar ar uu∞
16
TEORIA
3 (S+2b)/2
(S+
2b)/
2
DISTRIBUIÇÃO TRIANGULAR EQUILATERAL PARA 4 TUBOSNA CÉLULA UNITÁRIA
��
S/2b=espaçamento entre fileiras de tubos adimensional
99
17
O PROBLEMA FÍSICO
δL
L
tes)(Equivalen ∆P laminar 200 104 Re 8520 Re
8520Re852 (2003) Matos
2bD 1, e 0,6 0,5; 0,4; e ,sm 1u
sm 0,1
→<<→<=>
≤≤=>
==≤≤=> ∞
� MEDIÇÕES DA PERDA DE CARGA PARA OBTENÇÃO DA MÍNIMA POTÊNCIA DE BOMBEAMENTO
δ
δ
tes)(Equivalen P laminar 200 Re % 30 P 2000Re200 (1999) Saboya e Bordalo
2bD mm, 1,65 ,sm 18,2us
m 1,8
∆→<=>↓∆→≤≤=>
==δ≤≤=> ∞
δ2b
2b
veis)(Considerá P o turbulent200 eR 2650Re
TURBULENTO ESCOAMENTO 10600Re2650 TRABALHO DEFAIXA
2bD 1, e 0,6 0,5; 0,4; e ,sm 10u
sm 2,5
∆→>→>=>
≤≤=>
==≤≤=> ∞
18
O PROBLEMA FÍSICO
� MEDIÇÕES DA PERDA DE CARGA PARA OBTENÇÃO DA MÍNIMA POTÊNCIA DE BOMBEAMENTO
veis)(Considerá P o turbulenté logo
200 Re
Re 2650 Re para exemplopor como forma,
seguinte da faz seRe pelo nto turbuleescoamento para eR do obtençãoA
275 65/0,015882650x0,001b2650x/νub/x/νu
/x2b/u2b/u2b2b
2bδ
∆
>=
==>=
==δ/2=δ∞ ⇒ 2650=δ2δ∞
=δδν∞=ν∞
δ
2b
O."BOMBEAMENT DEMÍNIMA POTÊNCIA E CALOR DECIA TRANSFERÊN DEVISTA DE
PONTO O SOB POSSÍVEL, TEISOLADAMEN MAIS O DOS,IDENTIFICA SER
PUDERAM GANHOS OS 10600,Re 2650 TRABALHO, DEFAIXA A PARA " ≤≤
1010
19
� Hipóteses Simplificadoras
- Fluido newtoniano;
- Escoamento incompressível;
- Regime permanente;
- Escoamento turbulento e
- Propriedades constantes no fluido.
CÁLCULO DAS GRANDEZAS ADIMENSIONAIS
20
� GRUPOS ADIMENSIONAIS
CÁLCULO DAS GRANDEZAS ADIMENSIONAIS
( ) 2uρ
pP ; L
zy,x,ZY,X,∞
==
( ) ( )α
νPr ;
ν
(2b) uRe ;
TT
T Tθ ;
uwv,u,
WV,U, 2b
w
==−
−== ∞
∞
∞
∞
GRUPOS ADIMENSIONAIS FORAM ESTABELECIDOS PARA QUE OS RESULTADOS SEJAM DE CARÁTER GERAL
1111
21
CÁLCULO DAS GRANDEZAS ADIMENSIONAIS
WLH q N
WLHQq cece==&
2w
2bLHW/k )T - (T / Q q~
∞=&
) tn-(W 22b Su m ffce
+ρ= ∞&δ+
=f
f tWn
δ+==φ
f
ffff t
tW tn
) - (1 12bS RePr q~
2bH
2bL
N2q~ sf2b
2
ce*
θφ+==
�� VOLUME ADIMENSIONAL DE MATERIAL SÓLIDO
ab)n(LH ))t)(bt(a - (ab n LW
L m V
~tfttt33
s
π−φ+−−π=
ρ=
=> =>
=> =>
2up
p~∞ρ
∆=∆
) -( TTcmNQN Qspcececece ∞
== &&&
�� CONDUTÂNCIA TÉRMICA GLOBAL ADIMENSIONAL
ρ
p m
pW
∆=
&& 2
ρu
p ) - (1 1
2bS
pW~
f
∞
∆φ+=
=> =>
� POTÊNCIA DE BOMBEAMENTO ADIMENSIONAL
22
APARATO EXPERIMENTAL
1 TÚNEL DE VENTO
3 TUBOS E ALETAS
4 RESISTÊNCIAS ELÉTRICAS
5 FONTES DE ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA
6 TERMISTORES
7 ANEMÔMETRO
8 TRANSDUTOR E MEDIDOR DE PRESSÃO
9 VENTILADOR CENTRÍFUGO
�� ASPECTO GERAL DO APARATO
1212
23
� MÉTODOS DE TRABALHO
APARATO EXPERIMENTAL
ESTAMPAGEM DAS ALETASPARA TUBOS ELÍPTICOS
CONFORMAÇÃO DOSTUBOS ELÍPTICOS
24
� MÉTODOS DE TRABALHO
APARATO EXPERIMENTAL
MÓDULO DE TESTE PARA TUBOS ELÍPTICOS
MONTAGEM DO TROCADOR DECALOR DE TUBOS ELÍPTICOS
1313
25
� MÉTODOS DE TRABALHO
APARATO EXPERIMENTAL
MÓDULO DE TESTE INSTRUMENTADOPARA TUBOS ELÍPTICOS
INSTALAÇÃO DASRESISTÊNCIAS ELÉTRICAS
26
APARATO EXPERIMENTAL
�� MÉTODOS DE TRABALHO
MÓDULO DE TESTE COM 8 ALETAS/POL PARA OBTENÇÃO DA PERDA DE CARGA COM OS PONTOS DE TOMADA DA PRESSÃO
1414
27
APARATO EXPERIMENTAL
MÓDULO DE TESTE COM 0,5 ALETAS/POL PARA OBTENÇÃO DAPERDA DE CARGA COMOS PONTOS DE TOMADA DE PRESSÃO
�� MÉTODOS DE TRABALHO
28
APARATO EXPERIMENTAL
DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DOS PONTOS DE MEDIÇÕES E DIMENSÕES(mm)
c o m p u t a d o r
v e n t i l a d o rm ó d u lo d e
te s t e
p
6 5 0 1 6 0
1 0 0 2 0 0 3 5 0 2 0 0 1 0 0 0 1 5 0
2 0 0 0
r é g u a d eb o r n e s
a n e m ô m e t r ot r a n s d u to r d e
p r e s s ã o d i f e r e n c ia l
r e g iã oe x t e n d id a
r e s i s tê n c iae lé t r i c a
tu b o sp l á s t i c o s
T 1 , T 2T 3
T 4 , T 5T 6 , T 7
T 8 , T 9 , T 1 0T 1 1 , T 1 2
T 1 3
f o n t e d ea l i m e n t a ç ã o
f l u x o d e a r
f o n t e d ea l im e n ta ç ã o
�� APARATO EXPERIMENTAL INSTRUMENTADO
1515
29
Onde: é o limite de precisão intrínseco dos medidores, que é insignificante comparado com o limite de precisão de e
APARATO EXPERIMENTAL
s
s
*
*q~ P
q~U
θ= θ 075,0q~/U
**q~ ≤
∞∞
θ
−=
−=≅
+
=
TTTT
PTT
σ2
θ
P
q~B
q~P
s
2/12
*
q~
2
*
q~
*
*q~
s**
q~
U
é o limite de precisão des
Pθ*
q~
*q~B
sθ
Para o cálculo das incertezas foi utilizada a equação preconizada pela ASME (Editorial, 1993):
), ,=∞
θ2b
S e,,f(uq~
f*φ
TT
T Tθ
w ∞
∞
−
−=
Foi utilizada a temperatura adimensional baseada nas temperaturas do ambiente e da parede dos tubos, onde:
T é a temperatura a ser adquirida através da coleta experimental
σ: desviopadrão de 5
rodadas
� CÁLCULO DAS INCERTEZAS
30
PROCEDIMENTO DE OTIMIZAÇÃO
0,25
e =1
e =0,5
e =0,6
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
e =1
e =0,5
e =0,6
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
e =1
e =0,5
e =0,6
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
φφφφf =0,006
φφφφf =0,094φφφφf =0,26
0,5 1,5
S/2b
Para cada Re2b
27 rodadas x 5 leituras x 2 grandezas = 270
270 x 4 Re2b = 1080 leituras
q*, mmm; mp,W~
1616
31
RESULTADOS E DISCUSSÃO
� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE OTIMIZAÇÃO PARA O ESPAÇAMENTO ENTRE TUBOS PARA
ARRANJOS ALETADOS (e = 1) e (e = 0,5) (e = 0,6)
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 0.4 0.8 1.2 1.6
S/2b
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72e = 1.0
006.0f =φ
*q~
2650
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 0.4 0.8 1.2 1.6S/2b
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72
e = 0.5
006.0f =φ
*q~
2650
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0 0.4 0.8 1.2 1.6
S/2b
10600 = Re2b
7950
5300
L/2b = 8.52Pr = 0.72e = 0.6
006.0f =φ
*q~
2650
32
RESULTADOS E DISCUSSÃO
� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE OTIMIZAÇÃO COM RELAÇÃO AO ESPAÇAMENTO
E EXCENTRICIDADE DE ARRANJOS ALETADOS
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1e
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72
006.0f =φ
2650
m*,q~
1717
33
RESULTADOS E DISCUSSÃO
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 0.1 0.2 0.3
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72
2650
φf
mm*,q~
e = 1
� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
0 0.1 0.2 0.3
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72
2650
φf
mmm*,q~
RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE OTIMIZAÇÃO PARA ARRANJOS ELÍPTICOS ALETADOS COM OS TRÊS GRAUS DE LIBERDADE ÓTIMOS
RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE OTIMIZAÇÃO PARA ARRANJOS CIRCULARES ALETADOS COM DOIS GRAUS DE LIBERDADE ÓTIMOS
34
�� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
RESULTADOS E DISCUSSÃO
MAXIMIZAÇÃO ADIMENSIONAL COM TRÊS GRAUS DE LIBERDADE ÓTIMOSCOM RESPEITO AO R2b
�CORRELAÇÃO PROPOSTA PARA ESTIMAR A TAXA DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR TOTAL MAXIMIZADA COM TRÊS GRAUS DE LIBERDADE ÓTIMOS
q*, mm=1299,5 + 0,47003Re2b + 0,000034064Re2b2 , R = 0,9905
R: coeficiente de correlação estatístico
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
2000 4000 6000 8000 10000 12000
Re2b
mmm,*q~
L/2b = 8.52
Pr = 0.72
1818
35
RESULTADOS E DISCUSSÃO
34
38
42
46
50
54
58
0 0.4 0.8 1.2 1.6S/2b
Re2b
= 7950
Pr = 0.72
e = 0.5
006.0f =φ
e = 1.0∆ p
�� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE OTIMIZAÇÃO PARA O ESPAÇAMENTO ENTRE TUBOS
PARA ARRANJOS ALETADOS (e = 0,5 e e= 1,0)
14
18
22
26
30
34
0 0.4 0.8 1.2 1.6
S/2b
Re2b
= 2650
Pr = 0.72
e = 0.5
006.0f =φ
e = 1.0∆ p
36
RESULTADOS E DISCUSSÃO
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5S/2b
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72e = 0.6
006.0f =φ2650
Wp~
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5
S/2b
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72e = 1.0
006.0f =φ2650
Wp~
�� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS DO PRIMEIRO MODO DE OTIMIZAÇÃO PARA ARRANJOS
ALETADOS COM RELAÇÃO AO ESPAÇAMENTO ENTRE TUBOS (e = 1), (e=0,5) e (e=0,6)
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5S/2b
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72e = 0.5
006.0f =φ
2650
Wp~
1919
37
RESULTADOS E DISCUSSÃO
�� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE OTIMIZAÇÃO COM RELAÇÃO AO ESPAÇAMENTO E A
EXCENTRICIDADE DE ARRANJOS ALETADOS
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0.2 0.4 0.6 0.8 1e
10600 = Re2b
7950
5300
Pr = 0.72
006.0f =φ
2650
Wp,m~
38
RESULTADOS E DISCUSSÃO
RESULTADOS EXPERIMENTAIS DE OTIMIZAÇÃO PARA ARRANJOS ALETADOS COM
OS TRÊS GRAUS DE LIBERDADE ÓTIMOS
0
0.6
1.2
1.8
2.4
3
0 0.1 0.2 0.3
1.0 = e
Pr = 0.72
0.5 = e
φf
10600= Re2b
mp,W~
�� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
2020
39
RESULTADOS E DISCUSSÃO
�� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
MAXIMIZAÇÃO ADIMENSIONAL COM DOIS GRAUS DE
LIBERDADE ÓTIMOS COM RESPEITO AO R2b
0
1
2
3
2000 4000 6000 8000 10000 12000
Re 2 b
Pr =0.72
m p, W ~
� CORRELAÇÃO PROPOSTA PARA ESTIMAR A POTÊNCIA DE BOMBEAMENTO DO VENTILADOR COM DOIS GRAUS DE LIBERDADE ÓTIMOS
q*, mm= 0,9 + 0,4151x10-6Re2b + 2,136x10-9Re2b2 R = 0,9926
R: coeficiente de correlação estatístico
40
RESULTADOS E DISCUSSÃO
� RESULTADOS DE OTIMIZAÇÃO EXPERIMENTAL
FRAÇÃO DE VOLUME SÓLIDO TOTAL DOS ARRANJOS COM RELAÇÃO A EXCENTRICIDADE E
ESPAÇAMENTO ENTRE ALETAS
0
0.1
0.2
0.3
0.4 0.6 0.8 1e
V~
26.0f =φ
0.094
0.006
Critério D=2b
Critério de mesmo perímetro
Estes resultados justificam o uso do critério de comparação utilizado: D=2b
2121
41
CONCLUSÕES E PROPOSTA DE CONTINUAÇÃO DO TRABALHO
� AS CONCLUSÕES CHAVES PARA ESTE TRABALHO ESTÃO LISTADAS COMO SEGUE:
1. Um ótimo para os parâmetros geométricos foi determinado experimentalmente tal que foi maximizado três vezes, isto é, (S/2b, e, Øf)ot≈ (0,5; 0,6; 0,094), onde a taxa de transferência de calor adimensional maximizada foi obtida;
2. O arranjo elíptico otimizado três vezes exibe um ganho de transferência de calor de até 23% com relação ao ótimo do arranjo com tubos circulares otimizado duas vezes;
3. Uma correlação analítica compacta foi proposta para uma real estimativa para a taxa de transferência de calor maximizada três vezes em um projeto de trocadores de calor com tubos elípticos do tipo estudado no presente trabalho;
4. Para a configuração elíptica otimizada três vezes, com , Øf,ot=0,094, a fração de volume do material sólido do arranjo elíptico é praticamente a mesma como a do circular;
*q~
42
CONCLUSÕES E PROPOSTA DE CONTINUAÇÃO DO TRABALHO
5. Um ótimo para os parâmetros geométricos foi determinado experimentalmente tal que foi minimizada duas vezes, isto é, (S/2b, e)ot≈ (0,5; 0,5), onde a potência de bombeamento mínima adimensional foi obtida;
6. O arranjo elíptico otimizado duas vezes exibe uma redução da potência de bombeamento de mais de 8% com relação ao ótimo para o arranjo com tubos circulares otimizado duas vezes;
7. O ótimo para transferência de calor máxima éaproximadamente o mesmo para a potência de bombeamento mínima, a menos da excentricidade que para Re2b= 10600 éigual;
8. O ganho da transferência de calor, a redução da perda de carga, e uma quantidade similar de material para fabricação de ambos os arranjos mostra que o arranjo otimizado para tubos elípticos tem o potencial de fornecer significativamente maior performance global do que o arranjo circular, com um investimento similar.
pW~
2222
43
CONCLUSÕES E PROPOSTA DE CONTINUAÇÃO DO TRABALHO
V~
ótimocircular arranjo
% 23 q~
ótimo elíptico arranjo
Re Altos pcirW~
8% pelW~
*
2b ⇒≅
↑=> ↓
V~
ótimocircular arranjo% 19 q~
ótimo elíptico arranjo
2003) (Matos,Re Baixos pcirW~
pelW~
*2b ⇒≅↑=> ≅
44
� OTIMIZAÇÃO GLOBAL PARA REGIME TURBULENTO;
� RESULTADOS ADIMENSIONALIZADOS;
� APLICABILIDADE PRÁTICA DOS RESULTADOS;
CONCLUSÕES E PROPOSTA DE CONTINUACONCLUSÕES E PROPOSTA DE CONTINUAÇÇÃO DO ÃO DO TRABALHOTRABALHO
� CONCLUSÕES
2323
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CONCLUSÕES E PROPOSTA DE CONTINUAÇÃO DO TRABALHO
�UTILIZAÇÃO DOS RESULTADOS EXPERIMENTAIS OBTIDOS NESTA TESE PARA VALIDAÇÃO DOS RESULTADOS NUMÉRICOS DE UMA MODELAGEM MATEMÁTICA DOS MESMOS ARRANJOS EM CONVEÇÃO FORÇADA EM REGIME TURBULENTO;
�USAR ÁGUA QUENTE AO INVÉS DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA PARA UMA MAIOR UNIFORMIDADE DO FLUXO DE CALOR NA SUPERFÍCIE DOS TUBOS;
�TRABALHAR COM DENSIDADE DE ALETAS INTERMEDIÁRIAS PARA AUMENTAR NÚMERO DE PONTOS DA ANÁLISE.
� SUGESTÕES
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AGRADECIMENTOS
Prof. José Viriato C. Vargas, Ph. D
Prof. Rudmar Serafim Matos, Doutor
Prof. Juan Carlos Ordonez, Ph. D
2424
OTIMIZAÇÃO DE TROCADORES DE CALOR DE TUBOS ALETADOS CIRCULARES E ELÍPTICOS
EM REGIME TURBULENTO
Autor: Roque Luiz Sutil Mainardes
Orientador: Prof. José Viriato C. Vargas, Ph. D
Co-orientador: Prof. Rudmar Serafim Matos, Doutor
Co-orientador: Prof. Juan Carlos Ordonez, Ph. D
Universidade Federal do Paraná
Setor de Tecnologia
Programa de Pós-Graduação em Engenharia - PIPE