Trocador de calor sem pontas

Trocador de calor sem pontas

O Trocador de Calor Fin-and-Tube é o trocador de calor mais utilizado na indústria de refrigeração e ar condicionado,e tubos de cobre e barbatanas de alumínio são os principais componentes do trocador de calor de tubos com barbatanasAcredita-se geralmente que a principal resistência térmica dos trocadores de calor de tubos com barbatanas é no lado do ar,Então, como projetar barbatanas mais eficientes sempre foi a principal prioridade da pesquisa de trocadores de calor de tubos de barbatanasA indústria desenvolveu superfícies reforçadas, tais como folhas de papel ondulado, pontes, aberturas de janelas e várias barbatanas com geradores de vórtice.

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Uma das direções de desenvolvimento dos tubos de cobre é reduzir o diâmetro, e tubos de 5 mm foram aplicados.O papel dominante das barbatanas na transferência de calor é enfraquecido, mesmo sem barbatanas, resultando em um trocador de calor de tubo Micro Bare, ou trocador de calor sem barbatanas.

Um estudo da Universidade de Maryland [1] mostra que, quando o diâmetro do tubo é inferior a 1 mm, o trocador de calor sem barbatanas pode atingir a mesma compacidade que o trocador de calor finado,e quanto menor o diâmetro do tubo, a lacuna encolhe rapidamente. Como mostra a figura 1, a abscida é o diâmetro do tubo,e o ordinado é a área de troca de calor por unidade de volume (geralmente utilizada para medir a compacidade do trocador de calor)Para tubos de diâmetro convencional, os trocadores de calor com barbatanas são mais de 20 vezes mais compactos do que os trocadores de calor sem barbatanas.o trocador de calor com barbatanas é apenas cerca de duas vezes mais compacto que o trocador de calor sem barbatanasSe o diâmetro do tubo for ainda mais reduzido, a compacidade do trocador de calor sem barbatanas será próxima da do trocador de calor com barbatanas.a área de troca de calor do trocador de calor sem barbatanas não é muito diferente da área de troca de calor do tipo de barbatanas no mesmo volume, e o papel da barbatana como "superfície estendida" já não existe.

Fig.1. Variação da compacidade do trocador de calor com o diâmetro do tubo (Fonte: Ref. [1])

A Figura 2 mostra uma comparação dos coeficientes de transferência de calor com barbatanas e sem barbatanas, onde a abscida é o custo da transferência de calor - o consumo de energia distribuído sobre a área de troca de calor unitária.Pode-se ver que há uma intersecção entre as duas curvasNo lado direito desta intersecção, o coeficiente de transferência de calor do tipo sem asas é superior ao do tipo com barbatanas quando o custo de transferência de calor é o mesmo.

Fig.2 Comparação dos coeficientes de transferência de calor entre os tipos com barbatanas e sem barbatanas (Fonte: Ref. [1])

Como podem imaginar, outra vantagem deste tipo de trocador de calor de tubo microfluorescente é que tem uma carga de refrigerante significativamente menor.Pesquisadores da Universidade de Zhejiang [2] usaram um trocador de calor de tubo semelhante com pouca luz para o ar condicionado dividido doméstico R290., reduzindo com êxito a carga para cerca de 250 g, cumprindo assim a norma da UE. O trocador de calor de tubo microfluorescente que eles projetaram é estruturalmente semelhante a um trocador de calor de fluxo paralelo,conforme mostrado na figura 3O tubo do trocador de calor é um tubo de aço inoxidável com um diâmetro exterior de 0,58 mm. O produto real é mostrado na Figura 4.

Fig.3Diagrama esquemático do trocador de calor de tubo de baixa luminosidade (fonte: Ref. [2])

Fig.4. Condensador (esquerda) e evaporador (direita) utilizando trocador de calor de tubo de baixa luminosidade (Fonte: Ref. [2])

Pesquisadores da Universidade de Maryland também desenvolveram um trocador de calor de tubo nu bifurcado baseado na teoria da geometria fractal [3], cujo diagrama esquemático é mostrado na Figura 5.Os resultados da simulação numérica mostram que, quando o diâmetro externo do tubo é 00,8 mm, the air side heat transfer coefficient of the bifurcated light tube heat exchanger is 15% higher and the pressure drop is reduced by 4-12% compared with the straight tube microfluorescent tube heat exchangerOs investigadores também usaram a impressão 3D para fazer um objeto físico (ver Figura 6) para testes.

Fig.5Diagrama esquemático do trocador de calor de tubo fluorescente bifurcado (Fonte: Ref. [3])

Fig.6. Amostra de impressão 3D de trocador de calor de tubo fluorescente bifurcado (Fonte: Ref. [3])

É importante salientar que, apesar das vantagens acima referidas, os trocadores de calor de tubos microfluorescentes apresentam também desvantagens óbvias.(1) o número de tubos no trocador de calor de tubo de baixa luz é muito grande, e quando utilizado como evaporador, o refrigerante bifásico é facilmente distribuído de forma desigual; (2) Como processar tubos microfluorescentes utilizando métodos tradicionais; (3) Quando o comprimento do tubo é longo,como garantir que o tubo microfluorescente não se dobra e se deformaEm geral, o trocador de calor de tubo microfluorescente encontra-se ainda numa fase inicial de investigação, e as vantagens e desvantagens dependem de novas descobertas dos profissionais.

Referências

[1] Bacellar, D., V. Aute, Z. Huang e R. Radermacher (2017)."Otimização do projeto e validação de trocadores de calor de alto desempenho utilizando otimização assistida por aproximação e fabricação aditiva." Ciência e Tecnologia para o Ambiente Construído 23(6): 896-911.

[2] Zhou, W. e Z. Gan (2019). "Uma abordagem potencial para reduzir a carga de R290 em ar condicionado e bombas de calor". International Journal of Refrigeration 101: 47-55.

[3] Huang, Z., J. Ling, Y. Hwang, V. Aute e R. Radermacher (2017). "Design e estudo paramétrico numérico de um trocador de calor compacto resfriado a ar." Ciência e Tecnologia para o Ambiente Construído 23(6)970-982.