Optimização do projecto e desempenho de permutadores de calor de placas para fluidos alimentares

Abstract

Neste trabalho estudou-se numericamente o desempenho térmico e hidráulico de canais de permutadores de calor de placas do tipo chevron com diferentes propriedades geométricas utilizando o software de mecânica de fluidos computacional POLYFLOW®. Foi analisado o escoamento laminar de fluidos newtonianos e não-newtonianos nos referidos canais, tendo o comportamento reológico dos últimos sido descrito pela lei de potência. Inicialmente estudou-se o arrefecimento de iogurte num permutador de calor de placas do tipo chevron de pequeno comprimento, onde os efeitos de entrada influenciam significativamente os números de Nusselt obtidos. O domínio computacional deste problema consistiu numa unidade tridimensional que representava metade de um canal do permutador de calor em causa. Apesar desta simplificação, encontrou-se uma boa concordância entre os resultados numéricos do número de Nusselt, Nu, e dados experimentais da literatura. Os trabalhos iniciais com o iogurte permitiram observar a existência de periodicidades adicionais do escoamento ao longo da largura do canal, o que permitiu desenvolver uma célula periódica. Usando esta célula periódica, estudaram-se então escoamentos laminares totalmente desenvolvidos de fluidos newtonianos e não-newtonianos genéricos em canais com propriedades geométricas bastante distintas. Para a obtenção de escoamentos completamente desenvolvidos térmica e hidraulicamente foi necessário utilizar canais constituídos por sete unidades periódicas consecutivas, também designadas por células unitárias.