Estudo e Aplicação da Convecção Forçada no Sistema de Calefação de Ônibus Rodoviário

Abstract

Este trabalho tem como objetivo analisar a viabilidade técnica de substituição do sistema de calefação de ônibus rodoviários, feita por longos convectores aletados distribuídos nas laterais do salão de passageiros, por trocadores de calor mais compactos e menores, que operam por convecção forçada. Partiu-se do cálculo da capacidade térmica de um trocador de calor com os parâmetros definidos pelo fornecedor, analisando-se mudanças desses parâmetros a fim de melhorar sua eficiência. O método para análise do trocador de calor se baseou nas correlações disponíveis da convecção de calor em escoamentos internos e externos para a determinação dos respectivos coeficientes convectivos e de consequência, do coeficiente global de transferência de calor. Na sequência, o trocador de calor na sua forma original de fábrica, foi ensaiado em bancada. A partir da carga térmica para o modelo de carroceria, foi definida a quantidade de trocadores necessária para satisfazer o conforto térmico dos passageiros. Testes em campo do sistema de calefação com o novo trocador de calor foram realizados para se obter dados reais do sistema proposto. O sistema original de fábrica com convecção forçada se apresentou eficiente no atendimento das necessidades de carga térmica e economicamente viável, de modo que a carga térmica crítica pode ser atendida com dez calefatores instalados ao longo da carroceria. Além disso, esse sistema oferece a possibilidade de variação dos parâmetros para melhor adequação ao projeto, onde a variação da vazão dos ventiladores ou o espaçamento entre as aletas do trocador de calor pode diminuir a quantidade de calefatores necessários. Ao mesmo tempo, o sistema mostrou a necessidade de um estudo posterior que avalie a sua distribuição ao longo do salão de passageiros a fim de atender uma melhor uniformidade na distribuição das temperaturas.

Study and Application of Forced Convection in Road Bus Heating System

This work deals with a replacing the heating system of intercity buses, made by long heat exchangers distributed on the sides of the passenger saloon by small and compact ones that use forced convection to heat dissipation. At the beginning the calculation was made of the heat capacity of a heat exchanger with the parameters defined by the supplier, and then conducted an analysis of change in these parameters in order to improve its efficiency. The method for examining the heat exchanger is based on the correlations available in the convection flow inside and outside to determine the respective convective coefficients, and therefore the overall coefficient of heat transfer. Following, the heat exchanger in its original form, was tested on bench. Thus, from the thermal load of the bus model studied, the amount of exchangers required has been defined to satisfy the thermal comfort of passengers. Field tests of the heating systems with new heat exchangers were performed to obtain actual data of the proposed system. The original factory system showed to be efficient in meeting the needs thermal load and economically viable, such that the critical thermal load can be met with ten heaters installed along the body. Furthermore, this system offers the possibility of varying the parameters to best fit to the project, where the flow variation of the fans or the spacing between the fins of the heat exchanger decreases the amount of heaters required. At the same time, the system showed the need for further study to assess its distribution along the passenger saloon in order to meet a best uniformity temperature distribution.