A estudante Pamela Mara Hulse, orientada pela Profª. Márcia Barbosa Henriques Mantelli, Ph.D, defenderá sua dissertação na próxima terça-feira (20/10), às 8h30min, por videconferência. A defesa é vinculada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
Banca:
Prof.ª Márcia Barbosa Henriques Mantelli, Ph.D. (Presidente/Orientadora)
Prof.ª Sônia Maria Hickel Probst, Dra. (PGMAT/UFSC)
Prof. Fernando Henrique Milanese, Dr. (UFSC/Araranguá)
Título: “Fabricação e análise termo hidráulica de um trocador de calor tipo circuito impresso ”
Resumo:
Os trocadores de calor tipo circuito impresso (em inglês, Printed Circuit Heat Exchanger – PCHE), são uma variação de trocadores de calor compactos e sua fabricação se constitui de dois principais processos: o ataque fotoquímico para a usinagem dos canais e a união por difusão para a solda do núcleo. Esta pesquisa foi dividida em três principais etapas, a primeira consistiu em buscar fornecedores nacionais capacitados para realizar a usinagem de canais via ataque fotoquímico, fabricar três placas com canais de diferentes dimensões (semicircular com raio de 1,2 mm, semicircular com raio de 2,4 mm e canais passantes) em chapas com 3 mm de espessura em aço inoxidável AISI 316L e analisar o resultado obtidos a fim de se identificar as limitações do fabricante e verificar a viabilidade de se fabricar um trocador de calor tipo circuito impresso nacionalmente. A segunda etapa em fabricar um PCHE de canais semicirculares com raio de 2,4 mm, retos e escoamento cruzado, com núcleo de dimensões externas 173x173x113 mm. A terceira etapa, em realizar os testes experimentais para a análise termo hidráulica do dispositivo, utilizando água no ramal frio e ar no ramal quente, analisar seu desempenho termo hidráulico e comparar com um modelo matemático da literatura. Os testes foram realizados no limite da bancada, com Reynolds de 835 a 2793 no ramal quente e de 511 a 2081 no ramal frio. Como principais resultados obtidos, tem-se que após uma pesquisa de mercado foi encontrado apenas um fornecedor nacional com condições de fabricar as peças na espessura de chapa, material e profundidade dos canais desejada. Ainda assim, o PCHE testado foi fabricado nos limites do processo. As peças fabricadas apresentaram alguns micro alvéolos observados através do microscópio óptico e do microscópio eletrônico de varredura, e alguns defeitos visíveis a olho nu na região que seria a interface de união das peças. Os resultados obtidos nos ensaios de tração foram levemente inferiores aos ensaios realizados pelo grupo na união placas de 3 mm sem canais, porém, muito similares. O mesmo foi observado qualitativamente ao avaliar a interface de união por metalografia. A área final dos canais foi em média 9% inferior ao esperado no ramal quente e 5% no ramal frio. O trocador de calor testado não apresentou vazamentos aparentes. Nos testes experimentais o ar foi o fluido limitante nas trocas térmicas, devido à diferença na capacidade térmica entre os fluidos. O máximo calor trocado foi de 4kW, e o maior valor de Nusselt no ramal quente, calculado a partir do fator-Colburn j, foi de aproximadamente 10. A perda de carga atingiu 674Pa no ramal quente e a 926Pa no ramal frio. Para o cálculo do fator de atrito experimental, foi proposto um coeficiente de distribuição de velocidade para canais semicirculares, a partir de dados da literatura.
Palavras-chave: Trocadores de calor compactos, união por difusão, ataque fotoquímico, desempenho térmico, desempenho hidráulico