Comparisons between different methods for sizing plate-type heat exchangers

Heat exchangers are equipment responsible for providing a favorable environment for the transfer of thermal energy. They act in cooling or heating processes in the most diverse branches of industry, such as food, chemical, agricultural supplements, among others. The choice of the applied model and its characteristics is the duty of mechanical engineers in order to meet the demand of a particular application. Thus, this work aims to compare results obtained from the design of a plate heat exchanger without mixing via analytical methods with empirical correlations and numerical solutions obtained from ANSYS software. In order to achieve the objective, a common problem was proposed that will be worked using the different methodologies, thus establishing a common basis for comparison. Two analytical methods will be evaluated, namely: the logarithmic mean temperature difference method and the Ɛ-NTU. These will be evaluated when subjected to different processes for calculating the overall heat transfer coefficient. TCALOR program, developed in Matlab, will also be used, which allows the analytical solution in a more practical and efficient way of several types and configurations of heat exchangers. These methods will then be compared with the numerical solution simulated in ANSYS, with a downscaling being necessary to respect the limitations of the student version of the software. The results obtained allowed us to understand the influence of the stagnation zone thickness on heat exchanger performance, the importance of having a diagonally arranged fluid inlet and outlet orifice, and the gauging of analytical simplifications of unmixed flow lines and constant fluid properties.Pesquisa sem auxílio de agências de fomentoTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)Trocadores de calor são equipamentos responsáveis por propiciar um ambiente favorável à transferência de energia térmica. Eles atuam em processos de resfriamento ou aquecimento nos mais diversos ramos da indústria, tais como alimentícia, química, suprimetos agrícolas, dentre outras. A escolha do modelo aplicado e suas características é dever de engenheiros mecânicos a fim de suprir a demanda de uma determinada aplicação. Desta forma, este trabalho visa comparar resultados obtidos a partir do dimensionamento de um trocador de calor do tipo placas sem mistura via métodos analíticos com correlações empíricas e soluções numéricas provenientes do software ANSYS. Afim de atingir o objetivo, foi proposto um problema comum que será trabalhado usando as diferentes metodologias estabelecendo assim uma base comum de comparação. Dois métodos analíticos serão avaliados, são eles: o método da diferença de temperatura média logarítmica e o Ɛ-NTU. Estes serão avaliados quando submetidos a diferentes processos para cálculo do coeficiente global de transferência térmica. Será utilizado também um programa TCALOR, desenvolvido no Matlab, que permite a solução analítica de maneira mais prática e eficiente de diversos tipos e configurações de trocadores de calor. Estes métodos serão então comparados com a solução numérica simulada no ANSYS, sendo necessário um downscaling para respeitar as limitações da versão estudantil do software. Os resultados obtidos permitiram compreender a influência da espessura da zona de estagnação no desempenho dos trocadores de calor, a importância de se ter um orifício de entrada e saída dos fluidos dispostos diagonalmente e o aferimento das simplificações analíticas de não mistura das linhas de corrente e propriedades constantes dos fluidos