Desenvolvimento de tecnologias de recheios para trocadores de calor compactos soldados por difusão

Abstract

Trocadores de calor compactos são caracterizados pela sua alta taxa de transferência de calor em um volume reduzido, tornando-se essenciais em aplicações em que tamanho e peso são importantes, tais como nos setores automobilístico, naval e aéreo. O principal objetivo deste trabalho é desenvolver novas tecnologias de recheios para trocadores de calor compactos, incluindo o projeto e a construção de protótipos de partes de trocadores de calor, empregando o processo de soldagem por difusão. Nesse contexto, é apresentada uma revisão bibliográfica a respeito das características de trocadores de calor compactos, assim como dos aspectos gerais de sua composição e de seu funcionamento. Com base em trabalhos da literatura, foi elaborado um modelo matemático simples para prever o comportamento térmico do trocador de calor compacto. Além disso, foi estudada a influência dos parâmetros temperatura e pressão na soldagem por difusão. Os recheios desenvolvidos neste trabalho foram projetados e produzidos em cobre, sendo empregadas diferentes tecnologias para sua fabricação. Baseado na tecnologia que apresentou o melhor resultado teórico, foi construído um pequeno trocador de calor compacto, o qual foi testado com correntes de água. Os resultados obtidos experimentalmente foram comparados com a previsão de modelos matemáticos desenvolvidos para este fim. Foi estudada a influência dos parâmetros pressão e temperatura na soldagem por difusão do cobre, utilizando como critério de avaliação os ensaios de tração e cisalhamento. Assim, processos inovadores para fabricação de recheios foram desenvolvidos, contribuindo para o estado da arte em trocadores de calor compactos soldados por difusão e proporcionando um embasamento teórico e experimental que permitirá o prosseguimento dos trabalhos nesta linha de pesquisa.<br>

Abstract : Compact heat exchangers are mainly characterized by their high heat exchange rate in small volume, what makes them essential in applications in which weight and size are important, such as the automotive, marine and aerospace industries. The main objective of this work is developing new core technologies for compact heat exchangers by designing and building prototypes in which the diffusion bonding process is employed. A literature review of compact heat exchangers characteristics, as well as the general aspects of their structure and operation are presented. Based on a literature studies, an onedimensional steady state thermal model was developed to predict the thermal behavior of the compact heat exchanger. Furthermore, the influence of temperature and pressure on the diffusion bonding process were studied as well. The heat exchanger cores were manufactured in copper with different kinds of technologies. A small heat exchanger was built using the theoretical model best results and it was ested with water streams. A good agreement was obtained when the experimental results were compared to the mathematical model. Add to this, the influence of pressure and temperature on the diffusion bonding process was predicted using tension and shear tests as evaluation criteria. In this way, innovative processes for cores manufacturing using diffusion bolding were developed, contributing for the state of the art in compact heat exchangers and providing a theoretical and experimental knowledge, which will allow further studies in this research line.