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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37480| Título: | Estudo numérico e experimental de um aquecedor de parede assistido pelo princípio de funcionamento de termossifões |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical and experimental study of a wall-mounted heater assisted by the operating principle of thermosyphons |
| Autor(es): | Biglia, Felipe Mercês |
| Orientador(es): | Alves, Thiago Antonini |
| Palavras-chave: | Aquecimento Radiadores Tubos de calor Energia - Consumo Simulação (Computadores) Permutadores térmicos Análise numérica Pesquisa experimental Heating Radiators Heat pipes Energy consumption Computer simulation Heat exchangers Numerical analysis Experiential research |
| Data do documento: | 22-Abr-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BIGLIA, Felipe Mercês. Estudo numérico e experimental de um aquecedor de parede assistido pelo princípio de funcionamento de termossifões. 2025. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025. |
| Resumo: | O presente trabalho apresenta uma análise numérico-experimental de um aquecedor de parede assistido pelo princípio de funcionamento de termossifões. Os testes experimentais foram conduzidos em ambiente controlado em um protótipo utilizando o princípio de funcionamento de termossifões e outro, designado como convencional, que utiliza óleo como fluido de trabalho. Os aquecedores foram confeccionados em aço inoxidável com a mesma geometria e volume interno de aproximadamente 4,45L, acionados por meio de um resistor elétrico com dissipação de potência de 900W. Na análise experimental, foram utilizadas razões de preenchimento variando de 60% a 100%, correspondendo a volumes de fluido de trabalho entre 356mL e 594mL. Termopares foram empregados para medir as temperaturas internas e superficiais, enquanto um sistema foi implementado para medir corrente, tensão e potência consumida e parâmetros ambientais, como temperatura ambiente e umidade relativa. A pressão interna foi obtida por meio de um transdutor de pressão. A análise estatística dos resultados possibilitou avaliar o desempenho térmico, demonstrando um comportamento coerente com o esperado pela literatura. Os resultados destacam a superioridade do protótipo com razão de preenchimento de 80%, que reduziu em cerca de 52% o tempo de aquecimento comparado ao dispositivo convencional, além de apresentar maior estabilidade térmica e eficiência energética. O consumo de energia do protótipo foi cerca de 21% inferior ao do aquecedor convencional, evidenciando sua viabilidade econômica. A análise numérica foi realizada com base na melhor configuração dos dados experimentais, correspondente à razão de preenchimento de 80%. As simulações numéricas, empregando os Modelos VOF e de Mistura, mostraram boa concordância com os dados experimentais, validando o fenômeno de transferência de calor e destacando o Modelo VOF na representação da fração de vapor. O trabalho contribui para o desenvolvimento de tecnologias de aquecimento mais eficientes e sustentáveis, com potencial para redução de consumo energético e impactos ambientais, além de possibilitar avanços no desenvolvimento de tecnologia nacional, passível de depósito de patente, decorrente dessas investigações. |
| Abstract: | The present work comprises a numerical-experimental analysis of a wall-mounted heater assisted by the operating principle of thermosyphons. Experimental tests were conducted in a controlled environment on a prototype using the operating principle of thermosyphons, and another one, designated as conventional, which uses oil as the working fluid. The heaters were made of stainless steel with identical geometry and an internal volume of approximately 4.45L, powered by an electrical resistor with a power dissipation of 900W. For the experimental analysis, fill ratios ranging from 60 to 100% were used, with working fluid volumes between 356 and 594mL. Thermocouples were employed to measure internal and surface temperatures, while a system was implemented to measure current, voltage, and power consumption, as well as environmental parameters such as ambient temperature and relative humidity. Additionally, the internal pressure was obtained through a pressure transducer. Statistical analysis of the results allowed for an evaluation of thermal performance, demonstrating behavior consistent with literature expectations. The results highlight the superiority of the prototype with an 80% filling ratio, reducing heating time by approximately 52% compared to the conventional device, while offering greater thermal stability and energy efficiency. The prototype’s energy consumption was approximately 21% lower than that of the conventional heater, demonstrating its economic viability. The numerical analysis was based on the best configuration of the experimental data, corresponding to the 80% filling ratio. Numerical simulations using the VOF and Mixture Models showed good agreement with the experimental data, validating the heat transfer phenomenon and emphasizing the VOF Model’s ability to represent the vapor fraction. This work contributes to the development of more efficient and sustainable heating technologies, with potential for reducing energy consumption and environmental impacts, as well as enabling advancements in the development of nationally viable technology, suitable for patent filing, stemming from these investigations. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37480 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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