Análise de trocadores de calor compactos fabricados por manufatura aditiva

Abstract

Este estudo avaliou o desempenho térmico de trocadores de calor compactos com três geometrias distintas: canais retos, em V (V-shape) e honeycomb. Esses trocadores foram fabricados utilizando a técnica de estereolitografia (SLA), um processo de impressão 3D que utiliza um laser UV para curar resina em camadas. O objetivo principal foi analisar o impacto dessas geometrias na taxa de transferência de calor, levando em consideração o número de Reynolds e a temperatura de entrada dos fluidos. Os resultados mostraram que, ao contrário das expectativas, os trocadores de canais retos apresentaram uma melhor eficiência térmica em comparação às geometrias mais complexas. Isso ocorreu principalmente devido à menor resistência térmica da parede do trocador de canais retos, fator que se mostrou decisivo no desempenho térmico. Este estudo sublinha a importância de se considerar a geometria dos canais e a condutividade térmica do material no projeto de trocadores de calor eficientes. Também, foi concluído que a geometria dos canais tem um impacto significativo no desempenho dos trocadores de calor compactos fabricados por manufatura aditiva, utilizando a tecnologia LCD (Light Crystal Display). Foram comparados trocadores de calor com canais retos e em zigue-zague, sendo que os trocadores com canais em zigue-zague apresentaram uma maior eficiência de transferência térmica, devido à maior turbulência gerada pelo seu design. Além disso, testes foram conduzidos utilizando uma resina de alta temperatura, material é promissor para aplicações que envolvem temperaturas elevadas, a fim de encontrar seu parâmetro ótimo de tempo de exposição

This study evaluated the thermal performance of compact heat exchangers with three distinct geometries: straight channels, V-shape channels, and honeycomb channels. These exchangers were manufactured using stereolithography (SLA), a 3D printing process that employs a UV laser to cure resin layer by layer. The main objective was to analyze the impact of these geometries on the heat transfer rate, considering the Reynolds number and the inlet fluid temperature. The results showed that, contrary to expectations, the straight channel exchangers exhibited better thermal efficiency compared to the more complex geometries. This was primarily due to the lower thermal resistance of the straight channel exchanger walls, a crucial factor in thermal performance. This study highlights the importance of considering channel geometry and material thermal conductivity in the design of efficient heat exchangers.

Additionally, it was concluded that channel geometry has a significant impact on the performance of compact heat exchangers manufactured using additive manufacturing with LCD (Light Crystal Display) technology. Heat exchangers with zigzag channels showed higher thermal transfer efficiency due to the increased turbulence generated by their design. Furthermore, tests were conducted using a high-temperature resin, a promising material for applications involving elevated temperatures, to determine its optimal exposure time parameter.