O objetivo deste trabalho é realizar uma análise paramétrica do processo de desumidificação de ar comprimido em trocadores de calor compactos com superfícies intensificadoras do tipo aletas deslocadas. A umidade contida no ar comprimido precisa ser retirada do sistema para evitar a formação de condensado nas linhas de distribuição, nos atuadores ou nos dispositivos finais. Utiliza-se o processo de desumidificação por resfriamento onde a temperatura do ar é diminuída até alcançar o ponto de orvalho, resultando em formação de condensado. O desumidificador é constituído por dois trocadores de calor (recuperador e evaporador), sendo cada um deles dividido em duas regiões. Realizou-se a modelagem do processo de transferência de calor para cada um dos trocadores. Utilizou-se o método do potencial de entalpias para determinar os coeficientes globais de transferência de calor de cada trocador. Para a realização da simulação numérica, foi implementado um programa utilizando como ferramenta computacional o programa “Engineering Equation Solver" (EES). O estudo foi feito variando-se os parâmetros geométricos do trocador de calor e verificando sua influência nos coeficientes de transferência de calor, nos calores trocados e nas condições de saída do ar. Primeiramente, cada parâmetro foi analisado individualmente e depois com algumas combinações. Concluiu-se que as dimensões das aletas no recuperador e os comprimentos do recuperador e do evaporador são os parâmetros que mais influenciam nas propriedades do ar comprimido na saída do desumidificador. / The objective of this work is to conduct a parametric analysis of the dehumidification process of compressed air in compact heat exchangers with Offset Strip Fins. The humidity carried by the compressed air should be removed from the system to prevent the condensation in the distribution lines and in the actuators or the final devices. The dehumidification process by cooling occurs when the temperature of the air is diminished until reaching the dew point, resulting in condensation of water vapor. The dehumidifier is constituted by two heat exchangers (recuperator and evaporator), each one of them being divided in two regions. A modeling of the heat and mass transfer process for each heat exchangers, was performed. The enthalpy driving potential method was used to determine the overall heat transfer coefficients of each heat exchanger. The numerical simulation was implemented by using the computational software "Engineering Equation Solver"(EES). The study was made varying the geometric parameters of the heat exchanger and verifying its influences on the heat transfer coefficients, the heat transfer and pressure drop, and the air exit conditions. First, each parameter was analyzed individually and then with some combinations. Its was concluded that the fins dimensions in both regions of the lengths of the recuperator and the evaporator are the parameters that have larger influence on the exit compressed air properties.

O objetivo deste trabalho é realizar uma análise paramétrica do processo de desumidificação de ar comprimido em trocadores de calor compactos com superfícies intensificadoras do tipo aletas deslocadas. A umidade contida no ar comprimido precisa ser retirada do sistema para evitar a formação de condensado nas linhas de distribuição, nos atuadores ou nos dispositivos finais. Utiliza-se o processo de desumidificação por resfriamento onde a temperatura do ar é diminuída até alcançar o ponto de orvalho, resultando em formação de condensado. O desumidificador é constituído por dois trocadores de calor (recuperador e evaporador), sendo cada um deles dividido em duas regiões. Realizou-se a modelagem do processo de transferência de calor para cada um dos trocadores. Utilizou-se o método do potencial de entalpias para determinar os coeficientes globais de transferência de calor de cada trocador. Para a realização da simulação numérica, foi implementado um programa utilizando como ferramenta computacional o programa “Engineering Equation Solver” (EES). O estudo foi feito variando-se os parâmetros geométricos do trocador de calor e verificando sua influência nos coeficientes de transferência de calor, nos calores trocados e nas condições de saída do ar. Primeiramente, cada parâmetro foi analisado individualmente e depois com algumas combinações. Concluiu-se que as dimensões das aletas no recuperador e os comprimentos do recuperador e do evaporador são os parâmetros que mais influenciam nas propriedades do ar comprimido na saída do desumidificador. / The objective of this work is to conduct a parametric analysis of the dehumidification process of compressed air in compact heat exchangers with Offset Strip Fins. The humidity carried by the compressed air should be removed from the system to prevent the condensation in the distribution lines and in the actuators or the final devices. The dehumidification process by cooling occurs when the temperature of the air is diminished until reaching the dew point, resulting in condensation of water vapor. The dehumidifier is constituted by two heat exchangers (recuperator and evaporator), each one of them being divided in two regions. A modeling of the heat and mass transfer process for each heat exchangers, was performed. The enthalpy driving potential method was used to determine the overall heat transfer coefficients of each heat exchanger. The numerical simulation was implemented by using the computational software "Engineering Equation Solver"(EES). The study was made varying the geometric parameters of the heat exchanger and verifying its influences on the heat transfer coefficients, the heat transfer and pressure drop, and the air exit conditions. First, each parameter was analyzed individually and then with some combinations. Its was concluded that the fins dimensions in both regions of the lengths of the recuperator and the evaporator are the parameters that have larger influence on the exit compressed air properties.

Esta pesquisa visa a análise da contribuição de cinco variáveis de entrada e a otimização do desempenho termo-hidráulico de trocadores de calor com venezianas combinados com geradores de vórtices delta-winglets. O desempenho termohidráulico de duas geometrias distintas, aqui nomeadas por GEO1 e GEO2, foram avaliadas. Smoothing Spline ANOVA foi usado para avaliar a contribuição dos parâmetros de entrada na transferência de calor e perda de carga. Considerando aplicação automotiva, foram investigados números de Reynolds iguais a 120 e 240, baseados no diâmetro hidráulico. Os resultados indicaram que o ângulo de venezianas é o maior contribuidor para o aumento do fator de atrito para GEO1 e GEO2, para ambos os números de Reynolds. Para o número de Reynolds menor, o parâmetro mais importante em termos de transferência de calor foi o ângulo das venezianas para ambas as geometrias. Para o número de Reynolds maior, o ângulo de ataque dos geradores de vórtices posicionados na primeira fileira é o maior contribuidor para a tranfesferência de calor, no caso da geometria GEO1, enquanto que o ângulo de ataque dos geradores de vórtices na primeira fileira foi tão importante quanto os ângulos das venezianas para a geometria GEO2. Embora as geometrias analisadas possam ser consideradas como técnicas compostas de intensificação da transferência de calor, não foram observadas interações relevantes entre ângulo de venezianas e parâmetros dos geradores de vórtices. O processo de otimização usa NSGA-II (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm) combinado com redes neurais artificiais. Os resultados mostraram que a adição dos geradores de vórtices em GEO1 aumentaram a transferência de calor em 21% e 23% com aumentos na perda de carga iguais a 24,66% e 36,67% para o menor e maior números de Reynolds, respectivamente. Para GEO2, a transferência de calor aumentou 13% e 15% com aumento na perda de carga de 20,33% e 23,70%, para o menor e maior número de Reynolds, respectivamente. As soluções otimizadas para o fator de Colburn mostraram que a transferência de calor atrás da primeira e da segunda fileiras de geradores de vórtices tem a mesma ordem de magnitude para ambos os números de Reynolds. Os padrões de escoamento e as características de transferência de calor das soluções otimizadas apresentaram comportamentos vi particulares, diferentemente daqueles encontrados quando as duas técnicas de intensificação de transferência de calor são aplicadas separadamente. / This doctoral thesis focuses on screening analysis of five input parameters and heat transfer and pressure drop optimization of flat-tube multi-louvered fin heat exchangers combined with delta-winglet vortex generators. The thermal-hydraulic performance of two distinct geometries, GEO1 and GEO2, were evaluated. Smoothing Spline ANOVA was used to evaluate the contribution of the input parameters such as louver angle, angle of attack of the delta-winglet and streamwise position of the delta-winglet on heat transfer and pressure drop. Taking the automotive application into account, Reynolds numbers of 120 and 240, based on hydraulic diameter, were investigated. The results indicated that the louver angle is the main contributor to increase the Friction factor for GEO1 and GEO2 for both Reynolds numbers. For the lower Reynolds number, the most important heat transfer parameter was the louver angle for both geometries, while at the higher Reynolds number, the angles of attack of the first row of delta-winglets mostly contributed to GEO1, and the angle of attack of the first row of delta-winglets was as important as the louver angle for GEO2. Although those specific geometries can be considered a kind of compound enhancement technique, relevant interactions were not verified between louvers and delta-winglet vortex generators parameters. The surrogatebased optimization procedure uses NSGA-II method (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm) combined with artificial neural networks. The results showed that the addition of DWLs on GEO1 increased the heat transfer of 21.27% and 23.52% with associated pressure loss increasing of 24.66% and 36.67% for the lower and the higher Reynolds numbers, respectively. For GEO2, the heat transfer was increased 13.48% and 15.67% with an increase of the pressure drop of 20.33% and 23.70%, for the lower and the higher Reynolds numbers, respectively. The optimized solutions for the Colburn factor showed that heat transfer behind the second row of deltawinglets has the same order of magnitude of that behind the first row, for both Reynolds numbers. The flow patterns and heat transfer characteristics from optimized solutions presented some particular behavior, differently from the findings when those two heat transfer enhancement techniques are applied separately.

Esta pesquisa visa a análise da contribuição de cinco variáveis de entrada e a otimização do desempenho termo-hidráulico de trocadores de calor com venezianas combinados com geradores de vórtices delta-winglets. O desempenho termohidráulico de duas geometrias distintas, aqui nomeadas por GEO1 e GEO2, foram avaliadas. Smoothing Spline ANOVA foi usado para avaliar a contribuição dos parâmetros de entrada na transferência de calor e perda de carga. Considerando aplicação automotiva, foram investigados números de Reynolds iguais a 120 e 240, baseados no diâmetro hidráulico. Os resultados indicaram que o ângulo de venezianas é o maior contribuidor para o aumento do fator de atrito para GEO1 e GEO2, para ambos os números de Reynolds. Para o número de Reynolds menor, o parâmetro mais importante em termos de transferência de calor foi o ângulo das venezianas para ambas as geometrias. Para o número de Reynolds maior, o ângulo de ataque dos geradores de vórtices posicionados na primeira fileira é o maior contribuidor para a tranfesferência de calor, no caso da geometria GEO1, enquanto que o ângulo de ataque dos geradores de vórtices na primeira fileira foi tão importante quanto os ângulos das venezianas para a geometria GEO2. Embora as geometrias analisadas possam ser consideradas como técnicas compostas de intensificação da transferência de calor, não foram observadas interações relevantes entre ângulo de venezianas e parâmetros dos geradores de vórtices. O processo de otimização usa NSGA-II (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm) combinado com redes neurais artificiais. Os resultados mostraram que a adição dos geradores de vórtices em GEO1 aumentaram a transferência de calor em 21% e 23% com aumentos na perda de carga iguais a 24,66% e 36,67% para o menor e maior números de Reynolds, respectivamente. Para GEO2, a transferência de calor aumentou 13% e 15% com aumento na perda de carga de 20,33% e 23,70%, para o menor e maior número de Reynolds, respectivamente. As soluções otimizadas para o fator de Colburn mostraram que a transferência de calor atrás da primeira e da segunda fileiras de geradores de vórtices tem a mesma ordem de magnitude para ambos os números de Reynolds. Os padrões de escoamento e as características de transferência de calor das soluções otimizadas apresentaram comportamentos vi particulares, diferentemente daqueles encontrados quando as duas técnicas de intensificação de transferência de calor são aplicadas separadamente. / This doctoral thesis focuses on screening analysis of five input parameters and heat transfer and pressure drop optimization of flat-tube multi-louvered fin heat exchangers combined with delta-winglet vortex generators. The thermal-hydraulic performance of two distinct geometries, GEO1 and GEO2, were evaluated. Smoothing Spline ANOVA was used to evaluate the contribution of the input parameters such as louver angle, angle of attack of the delta-winglet and streamwise position of the delta-winglet on heat transfer and pressure drop. Taking the automotive application into account, Reynolds numbers of 120 and 240, based on hydraulic diameter, were investigated. The results indicated that the louver angle is the main contributor to increase the Friction factor for GEO1 and GEO2 for both Reynolds numbers. For the lower Reynolds number, the most important heat transfer parameter was the louver angle for both geometries, while at the higher Reynolds number, the angles of attack of the first row of delta-winglets mostly contributed to GEO1, and the angle of attack of the first row of delta-winglets was as important as the louver angle for GEO2. Although those specific geometries can be considered a kind of compound enhancement technique, relevant interactions were not verified between louvers and delta-winglet vortex generators parameters. The surrogatebased optimization procedure uses NSGA-II method (Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm) combined with artificial neural networks. The results showed that the addition of DWLs on GEO1 increased the heat transfer of 21.27% and 23.52% with associated pressure loss increasing of 24.66% and 36.67% for the lower and the higher Reynolds numbers, respectively. For GEO2, the heat transfer was increased 13.48% and 15.67% with an increase of the pressure drop of 20.33% and 23.70%, for the lower and the higher Reynolds numbers, respectively. The optimized solutions for the Colburn factor showed that heat transfer behind the second row of deltawinglets has the same order of magnitude of that behind the first row, for both Reynolds numbers. The flow patterns and heat transfer characteristics from optimized solutions presented some particular behavior, differently from the findings when those two heat transfer enhancement techniques are applied separately.