O estudante Gian Marcos Gatti, orientado pela Profª. Márcia Barbosa Henriques Mantelli, Ph.D, defenderá sua dissertação na próxima quarta-feira (16/12), às 8h30min, por videconferência. A defesa é vinculada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.
Título: “Análise Termo-Hidráulica e Efeitos do Escalonamento em Trocadores de Calor Compactos Unidos por Difusão”
Banca:
Profª. Márcia Barbosa Henriques Mantelli, Ph.D. (Presidente/Orientadora)
Prof. Dr. Paulo Smith Schneider, Dr. (UFRGS)
Prof. Dr. Fabio Antonio Xavier, Dr.Eng. (UFSC)
Resumo: O trocador de calor de placa usinada é uma variação dos trocadores de calor compactos unidos por difusão (e.g. trocador de calor de circuito impresso – PCHE), sendo os seus principais diferenciais o método de usinagem dos canais e o sistema de empilhamento empregado. Inicialmente, utilizando placas de aço AISI 316L, fabricou-se um trocador de calor compacto de placa usinada, com as dimensões externas de 173x173x113mm (comprimento, largura, altura), com canais retos de seção quadrada de 3x3mm, dispostos em um arranjo de escoamento cruzado. É apresentada uma análise qualitativa e quantitativa do processo de fabricação e da união por difusão desse núcleo, verificando aspectos como a rugosidade e a influência dos processos nas dimensões reais dos canais, onde verificou-se uma redução significativa da seção transversal dos mesmos. Realizaram-se ensaios de tração em corpos de prova extraídos das bordas desse núcleo, apresentando resultados de tensão máxima, tensão de escoamento e percentual de alongamento similares aos valores normatizados para o metal base. Em uma etapa posterior, realizaram-se testes termo-hidráulicos neste mesmo trocador de calor, utilizando ar quente e água fria como fluidos de trabalho. Obteve-se importantes parâmetros adimensionais, como o número de Nusselt e fator de atrito de Fanning, comparando-os com modelos teóricos apresentados pela literatura. A simulação numérica também é utilizada, onde é possível comprovar a eficácia dessa ferramenta tanto no cálculo da variação de pressão no núcleo, quanto na determinação da taxa de transferência de calor. Na segunda etapa desse trabalho, visando o escalonamento do processo, fabricou-se um trocador de calor de placa usinada, com as dimensões externas de 350x400x300mm (comprimento, largura, altura), utilizando os mesmos procedimentos, parâmetros e espessura de placas do primeiro núcleo. Observou-se um incremento significativo tanto no tempo de aquecimento, quanto no tempo de resfriamento durante a união por difusão. Avaliou-se a estanqueidade do dispositivo através de testes hidrostáticos, onde foram observados vazamentos pontuais, estes ocasionados pela pequena quantia de borda deixada após a abertura dos canais. No entanto, atingiram-se pressões de até 170bar, resultado esse limitado pelo vazamento na região de solda entre o bocal de alimentação e o núcleo do trocador de calor, o qual apresentou falha. De modo semelhante ao núcleo de trocador de calor de menor porte, realizaram-se ensaios de tração em diversos corpos de prova retirados da região de borda do núcleo. Comparou-se os valores de tensão máxima, tensão de escoamento e alongamento desses corpos de prova com os valores apresentados em norma para o metal base, apresentando uma boa similaridade. Também foram avaliadas qualitativamente as regiões de união das placas, através de análise metalográfica. Por fim, foi feito o fatiamento desse núcleo de médio porte para uma inspeção visual dos canais em diferentes quadrantes.
Palavras-chave: Trocador de calor compacto, trocador de calor de placa usinada, avaliação termo-hidráulica,
união por difusão, escalonamento.