Estudo experimental do fenômeno da ebulição em um termossifão de vidro

• Autor(a) principal: Souza, Diógenes Oliveira de
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4938
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA; Evaporadores; Calor - Transmissão; Transdutores; Coletores solares; Escoamento bifásico; Evaporators; Heat - Transmission; Transducers; Solar collectors; Two-phase flow; Engenharia Mecânica

Termossifões são dispositivos utilizados para trocar calor e são mais eficientes do que os trocadores de calor convencionais. Para o correto dimensionamento dos termossifões são necessárias correlações específicas para o processo de ebulição que ocorre no evaporador. Existem vários estudos relacionados à obtenção de correlações para a estimativa do coeficiente de transferência de calor por ebulição, entretanto há uma divergência acentuada entre elas; especialmente com relação aos regimes de ebulição: nucleada e filme líquido. Estes regimes de ebulição estão relacionados ao fluxo de calor aplicado ao evaporador e a razão de preenchimento (em relação ao volume do evaporador). Logo, neste trabalho são estudados os regimes de ebulição no evaporador de um termossifão de vidro, tendo água como fluido de trabalho, para uma razão de preenchimento de 100%, variando a taxa de transferência de calor aplicada ao evaporador de 110 até 150 W. Para este estudo, uma bancada experimental foi projetada e construída no NUEM/UTFPR para testar o termossifão, que foi instrumentado com sensores de temperatura, transdutores de pressão e dois sensores de malha resistiva (sensor Wire-mesh). Os dados experimentais obtidos foram utilizados para estimar o coeficiente de transferência de calor por ebulição tanto por correlações existentes na literatura, quanto por balanço de massa e energia. Foi observado, mesmo ocorrendo o escoamento em golfadas, que para baixas potências o regime de ebulição nucleada predominava em todo o evaporador (o coeficiente médio experimental variou de 1.188 W/m2K até 3.582 W/m2K). Por outro lado, para as potências maiores (130, 140 e 150 W) foi observado o regime de ebulição nucleada na extremidade inferior do evaporador (variou de 2.108 W/m2K até 4.417 W/m2K) e na extremidade superior o regime de ebulição em filme líquido (variou de 8.566 W/m2K até 18.357 W/m2K). A comparação entre os resultados experimentais e teóricos mostrou que as correlações existentes não contemplam essas duas regiões (ebulição nucleada e em película) observadas nesse trabalho para a mesma potência. Os resultados obtidos direta ou indiretamente através dos sensores wire-mesh são de suma importância na determinação dos parâmetros relacionados ao escoamento das bolhas, tais como: frequência, velocidade translacional, fração de vazio e comprimento da coluna de líquido (slug). Observou-se que a velocidade da bolha foi inversamente proporcional à potência aplicada e que o volume de líquido (pistão de líquido) deslocado pela ascensão da bolha alongada foi proporcional à potência.