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Título: Avaliação do desempenho de um nanofluido de ouro em trocador de calor de casco e tubo helicoidal
Título(s) alternativo(s): Performance assessment of a gold nanofluid in a shell and helically coiled tube heat exchanger
Autor(es): Fogaça, Marina Borsuk
Orientador(es): Gomez, Rozane de Fátima Turchiello
Palavras-chave: Permutadores térmicos
Solos e clima
Energia - Conservação
Análise numérica
Heat exchangers
Soils and climate
Energy conservation
Numerical analysis
Data do documento: 6-Jun-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: FOGAÇA, Marina Borsuk. Avaliação do desempenho de um nanofluido de ouro em trocador de calor de casco e tubo helicoidal. 2019. 138 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2019.
Resumo: Nanofluidos, que são suspensões de nanopartículas em fluido-base, têm sido considerados potenciais líquidos de arrefecimento, devido à sua condutividade térmica em alguns casos superior à de líquidos convencionais. Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho do nanofluido de ouro como líquido de arrefecimento, em um trocador de calor de casco e tubo helicoidal (TCCTH), utilizando-se água como fluido quente. Realizaram-se testes de transferência de calor com água e com nanofluido de ouro, em diferentes condições do sistema, visando-se conhecer, a partir de planejamentos fatoriais multiníveis, os efeitos da fração volumétrica das nanopartículas, da vazão dos fluidos envolvidos e da temperatura de entrada do fluido quente, na efetividade do TCCTH. O nanofluido de ouro foi produzido pelo método de Turkevich modificado, e os resultados da caracterização foram nanopartículas esféricas com diâmetro médio de (14±2) nm. Foram feitas duas diluições do nanofluido concentrado, cujas frações volumétricas de nanopartículas de ouro no nanofluido diluído foram 1,63x10-5% (Nanofluido A) e 6,53x10-5% (Nanofluido B). Os testes de transferência de calor foram realizados às vazões de 20, 30 e 40 L/h para ambos fluidos (quente e frio), e temperaturas de entrada do fluido quente de 40, 50 e 60°C. A máxima efetividade foi observada para o Nanofluido A, à menor vazão e à maior temperatura de entrada do fluido quente. A respeito da comparação dos resultados obtidos a partir dos diâmetros hidráulicos (Dhid) referentes às proposições de modelos da literatura com os resultados experimentais, verificou-se que o Dhid proposto por Salimpour (2009) apresentou resultados que mais se aproximaram dos valores experimentais, seguido por Incropera et al. (2011), e por último por Jamshidi et al. (2013).
Abstract: Nanofluids, which are suspensions of nanoparticles in base-fluid, have been considered potential cooling liquids, due to their thermal conductivity in some cases superior to that of conventional liquids. The goal of this work was to assess the performance of gold nanofluid as a cooling liquid in a shell and helically coiled tube heat exchanger (TCCTH) using water as hot fluid. Heat transfer tests were carried out using water and gold nanofluid under different conditions of the system, aiming to know, from a multilevel factorial experimental design, the effects of the volumetric fraction of the nanoparticles, the flow of the fluids involved and the temperature of the hot fluid, on the effectiveness of TCCTH. The gold nanofluid was produced by the modified Turkevich method, and the results of the characterization were spherical nanoparticles with mean diameter of (14±2) nm. Two dilutions of the concentrated nanofluid were made, whose volumetric fractions of gold nanoparticles in the diluted nanofluid were 1.63x10-5% (Nanofluid A) and 6.53x10-5% (Nanofluid B). Heat transfer tests were performed at 20, 30 and 40 L/h for both fluids (hot and cold), and hot fluid inlet temperatures of 40, 50 and 60 ° C. The maximum effectiveness was observed for Nanofluid A, at the lower flow rate and at the higher hot fluid inlet temperature. With regard to the comparison of the results obtained from the hydraulic diameters (Dhid) referring to the propositions of models from literature with the experimental results, it was verified that the Dhid proposed by Salimpour (2009) presented results that more approached the experimental values, followed by Incropera et al. (2011), and finally by Jamshidi et al. (2013).
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4172
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