CFD aplicada ao estudo de permutadores de calor de placas Chevron

Abstract

Os fluidos alimentares com viscosidade elevada são frequentemente processados em permutadores de calor de placas (PCPs) em regime laminar. O desempenho termo-hidráulico dos PCPs do tipo chevron depende das características geométricas dos mesmos, nomeadamente do ângulo das corrugações sinusoidais das placas, do espaçamento entre placas e do factor de incremento de área, definido como a razão entre a área real das placas e a sua área projectada. Apesar desta dependência ser consensualmente reconhecida, as correlações termo-hidráulicas existentes na literatura para este tipo de equipamentos não incluem todos os parâmetros geométricos. Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a influência dos parâmetros geométricos das placas e das propriedades físicas do fluido no desempenho dos PCPs, sendo os valores obtidos comparados com dados experimentais da literatura. O estudo numérico é efectuado utilizando o software comercial de mecânica de fluidos computacional baseado no método de elementos finitos POLYFLOW®, sendo resolvidas as equações de conservação de massa, momento e energia para fluxos laminares incompressíveis. Sendo este um problema não linear, a sua resolução passa por um processo iterativo, baseando-se o critério de convergência no erro relativo cometido em cada iteração nos campos de velocidade e temperatura. A resolução numérica do problema foi efectuada num computador Dell Workstation PWS530 com 1GB de RAM. A validação do modelo usado na resolução deste problema foi efectuada recorrendo a um caso limite existente nos PCPs - ângulo de corrugação = 90º - para o qual estão disponíveis na literatura soluções analíticas. A diferença máxima obtida, entre os valores numéricos e analíticos, foi de 0.2%.