SIMULAÇÃO NUMÉRICA DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR COM MUDANÇA DEFASE EM GEOMETRIA ESFÉRICA UTILIZANDO PLANILHA ELETRÔNICA

RESUMO

AUTOR PRINCIPAL:Maikon Bressani

E-MAIL:maikon_b@hotmail.com

TRABALHO VINCULADO À BOLSA DE IC::Não

CO-AUTORES:-

ORIENTADOR:Luís Edson Saraiva

ÁREA:Ciências Exatas, da terra e engenharias

ÁREA DO CONHECIMENTO DO CNPQ:3.05.01.01-6 - Transferência de Calor

UNIVERSIDADE:Universidade de Passo Fundo

INTRODUÇÃO:Transferência de calor utilizando materiais de mudança de fase tem grande importância em diversas aplicações industriais,como em armazenadores térmicos, utilizados em centrais de refrigeração; indústria de fundição de metais e até mesmo naindústria têxtil, auxiliando como isolante térmico.A dificuldade em se trabalhar com mudança de fase é que a região onde ela ocorre se movimenta conforme absorve oulibera energia. Esta não linearidade faz com que não existam soluções analíticas para geometrias mais complexas.O objetivo deste trabalho consiste no estudo numérico do processo de transferência de calor com mudança de fase,considerando que o material esteja encapsulado em geométrica esférica, e sendo a simulação feita em planilha eletrônica.

METODOLOGIA:Uma formulação matemática é apresentada para solucionar o problema da transferência de calor em coordenadasesféricas com mudança de fase onde é utilizado o método entálpico para a predição da energia armazenada com o tempo eo método dos volumes finitos para a solução numérica do problema.A simulação é realizada pela implementação das equações no programa Excel, onde cada volume de controle correspondea uma célula da planilha. Formatação condicional foi utilizada para diferenciar as diferentes fases do material e o cálculoiterativo é habilitado de modo que cada iteração corresponda a um acréscimo de 1s de tempo.Uma validação é proposta, porém considerando somente a parte sensível da transferência de calor. São feitas simulaçõesobjetivando a comparação da transferência de calor para diferentes raios de esfera.

RESULTADOS E DISCUSSÕES:Os dados obtidos na simulação numérica foram inicialmente comparados com dados obtidos através de resultadosanalíticos, apresentados em gráficos encontrados na literatura (cartas de Heisler) que relacionam diversos parâmetrosadimensionais da transferência de calor transiente em geometrias esféricas.Durante as simulações verificou-se que valores baixos de coeficientes convectivos geram resultados divergentes daquelesencontrados no gráfico, porém quando utilizados valores da ordem de 100 W/m²K a validação ocorre.Verificou-se também, que o tempo gasto para a completa solidificação da esfera aumenta de forma não linear conforme seaumenta o raio. Para uma esfera de raio igual a 10 cm o tempo total para a solidificação é de aproximadamente 4 h 30 min,enquanto que para uma esfera de raio igual a 15 cm o tempo será de 10 h.Outra constatação foi que quanto maior o raio da esfera, maior é a diferença entre a energia armazenada em um intervalode tempo pré-determinado, comparada com a capacidade total, e esta diferença também cresce exponencialmenteconforme cresce o raio. Portanto esferas com raios maiores tendem a apresentar uma eficiência menor.

CONCLUSÃO:Através do trabalho elaborado foi possível desenvolver uma planilha em Excel capaz de simular o complexo processo detransferência de calor com mudança de fase, obtendo resultados concisos com os encontrados na literatura.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:CAO, Y.; FAGHRI, A. A numerical analysis of Stefan problems for generalized multi-dimensional phase-change structuresusing the enthalpy transforming model., Dayton, USA. International Journal of Heat and Mass Transfer. v.32, p.1289-1298,1989.

MALISKA, C.R. Transferência de Calor e Mecânica dos Fluidos Computacional. Riode Janeiro: LTC Editora, 2004. 453p.

Assinatura do aluno Assinatura do orientador