Desenvolvimento de software para dimensionamento, seleção e análise de desempenho térmico em tubos de calor

Abstract

RESUMO: A pesquisa por tecnologias alternativas para melhorar a eficiência de sistemas energéticos, apesar de estar bem estabelecida, ainda representa grandes desafios aos cientistas. Neste contexto, tubos de calor são propostos como soluções para se aumentar a eficiência de sistemas em operação ou até mesmo, substituir sistemas convencionais, em diferentes aplicações. Tubos de calor são dispositivos passivos de transporte de calor, ou seja, com um mínimo de perda térmica nesse processo, sendo assim altamente eficientes. Diante disso, o presente trabalho, tem como principal objetivo desenvolver um software para o dimensionamento de tubos de calor, fornecendo os parâmetros para fabricação dos mesmos, bem como seus limites de operação. Tendo em vista que projetos de tubos de calor requerem o conhecimento prévio de diferentes propriedades físicas e térmicas de fluidos de trabalho, de materiais do tubo e do tipo e material da estrutura porosa, compilou-se um banco de dados para atender essa necessidade. Em seguida, elaborou-se um algoritmo a partir do procedimento de cálculos de projeto, realizado manualmente, considerando o equacionamento utilizado, dados já compilados, parâmetros que demandavam decisões e cálculo dos limites de operação. Assim, implementou-se o respectivo algoritmo em duas plataformas computacionais Excel® e EES®, gerando interfaces com dados de entrada. Confrontando-se os resultados obtidos a partir dos softwares e dimensionamento manual, proposto na literatura de referência, encontrou-se discrepâncias muito pequenas, possibilitando então a próxima etapa, construção do tubo de calor, utilizando-se dos resultados obtidos pelos softwares desenvolvidos. Um aparato experimental foi montado a fim de se realizar testes de performance térmica e de funcionamento do tubo de calor. Os resultados experimentais foram avaliados e concluiu-se que o tubo de calor construído funcionou adequadamente, conforme previsto pelos softwares desenvolvidos, demonstrando que este dispositivo é de suma importância quando se trata de transporte de calor

ABSTRACT: Research into alternative technologies to improve the efficiency of energy systems, while well established, still poses major challenges to scientists. In this context, heat pipes are proposed as solutions to increase the efficiency of operating systems or even replace conventional systems in different applications. Heat pipes are passive heat transfer devices, that is, with a minimum of thermal loss in this process, thus being highly efficient. Therefore, the main objective of this work is to develop a software for the dimensioning of heat pipes, providing the parameters for their manufacture, as well as their limits of operation. Considering that heat pipe designs require prior knowledge of different physical and thermal properties of working fluids, pipe materials, and the type and material of the porous structure, a database has been compiled to meet this need. Then, an algorithm was elaborated from the design calculations procedure, done manually, considering the equations used, already compiled data, parameters that demanded decisions and calculation of the operating limits. Thus, the respective algorithm was implemented in two Excel® and EES® computing platforms, generating interfaces with input data. Confronting the results obtained from the software and manual design, proposed in the reference literature, we found very small discrepancies, allowing the next step, construction of the heat pipe, using the results obtained by the software developed. An experimental apparatus was assembled in order to perform thermal performance and heat pipe performance tests. The experimental results were evaluated and it was concluded that the built-in heat pipe worked properly, as predicted by the software developed, demonstrating that this device is extremely important when it comes to heat transport