Otimização geométrica de trocadores de calor de microcanais utilizando a teoria construtal
Autor: Alex Maliska de Moura (Currículo Lattes)
Resumo
Neste trabalho, é apresentado um estudo numérico visando a construção de geometrias otimizadas (ou próximas da condição ótima) de um trocador de calor do tipo microcanais, através do desenvolvimento de uma metodologia baseada na Teoria Construtal, que indicou o posicionamento das aletas através de uma função de construção dependente dos campos de velocidade e temperatura. O principal objetivo do trabalho é obter os arranjos com menor resistência térmica e menor resistência ao escoamento. Foi utilizado o software OpenFOAM para a solução das equações da conservação da massa, quantidade de movimento e energia, através do método de Volumes Finitos. As geometrias foram construídas a partir de um domínio vazio, medindo 0,7 mm de largura por 0,7 mm de altura no qual foram adicionadas aletas variando os graus de liberdade referentes à espessura e ao espaçamento mínimo entre elas. Foram geradas ao todo 39 geometrias. As aletas tendem a unir as superfícies superior e inferior do canal estudado, com construções que tendem a se aproximar dos trocadores de calor construídos da forma convencional. No entanto é possível otimizar a posição lateral das aletas e sua espessura. Os resultados mostram a tendência do uso de apenas 3 aletas nas geometrias com melhor desempenho térmico, ocupando entre 18 e 30% da área do canal, com o fluido refrigerante apresentando velocidades médias entre 0,9 e 1,1 m/s, conduzindo a resultados aproximadamente 5% superiores ao caso de referência. Por se tratar de um escoamento laminar, com baixa magnitude de fluxo/escoamento, as geometrias geradas tenderam a uma formação mais simples, conforme prevê a Teoria Construtal.