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Engenharia Reversa de Aquecedor de Fluido Térmico de 5 Gcal/h - Parte 1: Modelo Fluido-Mecânico

Esta postagem é dedicada à análise de um aquecedor de óleo térmico de 5 Gcal/h de potência. A principal característica desse equipamento é que o seu circuito hidráulico é composto não por uma, mas por várias serpentinas ligadas em paralelo, o que requer um procedimento iterativo para calcular a perda de carga (queda de pressão) decorrente do escoamento do fluido. Idealmente, também se almeja que cada serpentina aqueça o óleo até a mesma temperatura ou então que a diferença de temperatura de saída do óleo de um dado circuito em relação aos demais seja mínima. A vantagem desta forma construtiva é ser muito compacta, com 213,67 Mcal/m3, mesmo considerando acesso interno para manutenção. Pessoalmente eu considero esse equipamento muito especial porque foi tentando entender como ele funcionava e o porquê de usar essa configuração complicada que me motivou a mudar de cidade para cursar engenharia mecânica. A Figura 1 mostra o desenho em Solidworks, feito com base na memória e em anotações a...
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Engenharia Reversa do "Boundary Layer Module" - Parte 2

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Nesta segunda postagem da série sobre a engenharia reversa do programa Boundary Layer Module (BLM) é detalhada a transformação de coordenadas da equação da QML (balanço da quantidade de movimento linear) do domínio físico para um domínio transformado. O objetivo dessa transformação é não resolver o problema no domínio físico, em geral de geometria complexa, mas sim em um domínio transformado, mais simples e de dimensões unitárias. A estratégia consiste em encontrar a equação no sistema transformado que é análoga àquela do domínio físico. Parte da estratégia é selecionar uma função corrente que permite resolver a equação da QML simultaneamente com a equação da conservação da massa. A primeira parte da postagem pode ser lida neste link , por isso aqui a equação da QML será apresentada sem maiores detalhes e concentrar-se-á no processo de transformação de coordenadas. A nomenclatura das variáveis empregadas aqui é aquela tradicionalmente utilizada na literatura e pode ser encontrada no l...
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Engenharia Reversa do "Boundary Layer Module" - Parte 1

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Introdução O BLM ( Boundary Layer Module ) é um módulo de cálculo da camada limite que se desenvolve sobre as paredes internas da câmara de empuxo de motores-foguete, entretanto pode ser aplicado em diversas aplicações envolvendo aerodinâmica e transferência de calor. Em sua concepção original o seu objetivo é predizer a espessura da camada limite em cada posição discreta ao longo do eixo longitudinal do motor-foguete. Dentro de um processo iterativo, essa espessura é adicionada à geometria do motor, permitindo que a região não afetada pela camada limite ( i.e. núcleo potencial do escoamento) mantenha a geometria prevista para ótimo desempenho ( e.g. o núcleo potencial terá a geometria calculada com o Método das Características, otimizando o empuxo do motor). O BLM é um dos módulos que compõe um programa maior denominado TDK ( Two-Dimensional Kinetic ), desenvolvido sob contrato da NASA na década de 80. Além do BLM há um módulo para cálculo das propriedades químicas dos produtos de c...
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Modelagem da Região de Transição no Gráfico do Fator de Atrito de Moody

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Recentemente eu precisei fazer um programa para calcular a perda de carga em um aquecedor de óleo térmico. Como autônomo, o custo para adquirir a licença e renovação anual de um programa comercial apropriado como o Pipe Flow é inviável, mesmo para a versão mais básica. A alternativa foi programar no computador rotinas de cálculo de perda de carga para os acessórios de tubulação presentes no equipamento além dos segmentos retos e curvos da tubulação que compõe o aquecedor. Excluindo o coeficiente de resistência local (que não é objeto deste texto), o coeficiente de resistência devido ao atrito viscoso é dependente basicamente do fator de atrito ( i.e. fator de atrito de Moody ou fator de atrito de Darcy). Um tempo atrás eu implementei um programa para calcular o coeficiente de atrito de Moody ( ver aqui ). Naquela ocasião eu simplesmente usei a equação de Colebrook para a região do escoamento turbulento e a equação de Hagen-Poiseuille na região do escoamento laminar, deixando sem mode...
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