Análise experimental e CFD da transferência de calor utilizando nanofluidos com nanopartículas de Grafeno GNP/Água em trocadores de calor

Abstract

Os trocadores de calor desempenham um papel primordial na aplicação industrial, especialmente nas áreas de ciência térmicas, energia e engenharia química, em muitos processos como na indústria de refino de petróleo, geração de energia elétrica, proteção ambiental e em até tratamentos de efluentes, devido ao seu design compacto, alto rendimento aliado a seu baixo custo de manutenção. O desempenho geral de um trocador de calor depende das propriedades do seu fluido de trabalho que pode ser apenas água, fluidos refrigerantes ou nanofluidos a base de água, com misturas de água- etilenoglicol ou óleo. O presente trabalho teve o objetivo de investigar e comparar o desempenho do coeficiente global de transferência calor (U) e seu índice de desempenho (η) dos nanofluidos com nanopartículas de Grafeno e água (GNP/água) nos trocadores de calor do tipo tubo duplo, casco e tubo e placas planas. Foram realizados testes com fluidos água/água e GNP/água, com o nanofluido para o circuito de fluido quente e água para o circuito de fluido frio, com sentido de fluxo em contrafluxo, variando as concentrações de nanofluidos em peso de (0,0125%; 0,025%; 0,050%), com temperatura de operação em (40°, 50°e 60oC) e vazões volumétricas entre (0,5 - 2,5 L/min). Os resultados demonstraram que o uso dos nanofluidos de GNP/água foram mais útil em aumentar a trocar térmica entre os fluidos, do que com relação no uso apenas da água. O Trocador de calor casco e tubo obteve o maior U em relação aos outros trocadores, de 22,07% com erro de 2% no nanofluido de 0,0125wt% para a temperatura de 40°C, em comparação com a água. Já o trocador de placas planas apresentou a melhor (η) na utilização dos nanofluidos em relação aos outros trocadores, com 65,71% de melhor desempenho para o nanofluido 0,025wt% em 40°C em relação ao fluido base.