Caracterização do escoamento bifásico ar-água por meio de sensores ópticos

• Autor(a) principal: Figueredo, Melissa Grahl
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNISINOS (RBDU Repositório Digital da Biblioteca da Unisinos)
• Texto Completo: http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/7423
• topic: ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica; Escoamento bifásico; Minicanais; Padrões de escoamento; Sensores ópticos; Two-phase flow; Flow patterns; Minichannels; Optical sensors

Este trabalho apresenta o estudo para a caracterização do escoamento bifásico ar-água em um minicanal de 2,6 mm de diâmetro interno para os regimes de escoamento pistonado e bolha isolada, por meio do emprego de quatro pares de sensores ópticos: dois deles formados por emissores IR e fotodiodos como receptores, diferenciados pelo comprimento de onda dos emissores e pela área ativa dos receptores, o outro é o sensor de tubo para líquidos, formado por um emissor IR e um fototransistor como receptor e, por fim, o sensor composto por um LED branco como emissor e um LDR como receptor. Os testes foram realizados para vazões de água de 50, 75 e 100 ml/min e volumes de ar de 0,1, 0,06 e 0,02 ml, captando-se simultaneamente os sinais dos sensores e suas respectivas imagens com uma câmera de alta velocidade. Os resultados obtidos foram a fração de vazio, as curvas de calibração para os sensores, a comparação das respostas dos quatro sensores empregados e a medida da velocidade das bolhas. A calibração dos sensores é dada por meio de uma curva que relaciona a fração de vazio e a tensão do sensor. Relacionando-se as imagens e os sinais dos sensores, foi possível identificar os padrões de escoamento pistonado para os volumes de ar de 0,10 e 0,06 ml e o de bolhas isoladas para o volume de 0,02 ml. A partir da análise dos sinais dos sensores observou-se que para volume de ar de 0,02 ml o sensor de tubo para líquidos, diferentemente dos outros sensores, identificou o padrão levemente alongado da bolha. A verificação dos sinais dos sensores foi feita por meio das áreas medidas pelos sensores e aquelas obtidas através das imagens, ficando com EMR entre -9,36% e 4,49%, sendo os piores resultados os encontrados para o volume de ar de 0,02 ml. O resultado para os valores normalizados das áreas medidas pelos sensores mostrou que o sensor LDR possui resposta mais lenta durante as mudanças entre as fases líquida e gasosa, visto que a área medida por ele ficou maior em relação aos outros sensores. Nota-se ainda que o sensor de tubo para líquido foi aquele que obteve os menores tempos durante as mudanças de fases. As curvas de calibração obtidas foram melhor aproximadas por exponenciais de segunda ordem com R2 entre 0,928 e 0,897 (LDR). Por fim, a aplicação dos sensores em pares possibilitou a medida da velocidade das bolhas para as diferentes vazões de água, resultando em EMR entre -4,92 e 2,17%.