PROJETO DE BANCADA EXPERIMENTAL PARA ESTUDO DE ESCOAMENTO BIFÁSICO EM REGIME ANULAR EM TUBO RANHURADO

M. F. Pereira, M. A. Picanço, J. C. Passos

Departamento de Engenharia Mecânica, Centro Tecnológico,Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Trindade, Florianópolis SC,CEP.:88040-900

Palavras-chave: ebulição, anular, tubo ranhurado

Resumo

O processo de transferência de calor com ebulição em convecção forçada é usado largamente em processos industriais, tais como, centrais de refrigeração, resfriamento de circuitos eletrônicos, controle térmico de satélites, refrigeração de reatores nucleares,etc.

Além dos escoamentos com mudança de fase possuir um coeficiente de troca térmica maior que num escoamento monofásico, outra forma de intensificar ainda mais a transferência de calor em equipamentos de refrigeração é a utilização de superfícies intensificadoras, como tubos ranhurados ou micro-aletados. O aumento da área de transferência de calor combinado com o aumento da densidade dos sítios de nucleação possibilita um aumento do coeficiente de transferência de calor entre 20% e 50%, no caso de tubos micro-aletados, em comparação com tubos lisos, ver [1].

Atualmente no Núcleo de Transferência de Calor com Ebulição (NTCE) no Labsolar, está sendo desenvolvida uma bancada experimental para estudo de escoamento bifásico no interior de tubos micro-aletados. O objetivo do trabalho é o dimensionamento da bancada para que se possa determinar experimentalmente os coeficientes de transferência de calor e perda de carga nas diferentes configurações do escoamento em ebulição com convecção forçada, em particular o regime anular, que se caracteriza pela presença de líquido na parede do tubo e vapor no centro, como mostra a figura 1, [2].

É nesta configuração de escoamento que se constata coeficientes de troca térmica mais elevados. Isso porque o coeficiente de transferência de calor é inversamente proporcional à espessura de filme líquido na parede do tubo. Os regimes de ebulição podem ser representados em mapas de padrões de escoamento construídos baseados em resultados experimentais [3].

Na figura 2, é apresentado um esquema do circuito de teste, composto pelo reservatório do fluido de trabalho, bomba, rotâmetro, pré-aquecedor1(PA1), pré-aquecedor2(PA2), seção de teste(ST) e condensador-subresfriador.

O fluido de trabalho é o FC-72. Através dos PA1 e PA2 fixa-se o valor do título, na entrada da ST, entre os valores de 0 a 90%. O Dp é medido pelos transdutores de pressão diferencial instalados no PA2 e na ST. Para tanto, dispõe-se de tomadas de pressão nos conectores-suportes, fabricados em teflon. Para a obtenção dos coeficientes de transferência de calor, existem termopares localizados na parte externa dos tubos e também no interior do escoamento.

Os experimentos são realizados na condição de fluxo prescrito na parede do tubo. O fluxo de calor transferido para o fluido é fornecido por resistências elétricas constituídas de fita de NiCr (Nikrothal 80) com resistividade elétrica de 4,2 enrolada ao longo dos tubos.O escoamento pode ser visualizado entre o PA2 e a ST e na saída da ST por meio de tubos de vidro. A bancada possui ainda, rotâmetro digital, filtro e servo-válvula reguladora de vazão. A aquisição dos dados dos instrumentos de medição e controle de potência e vazão são gerenciados pelo software Lab View.

Referências:

[1]Lallemand,M., Branescu,C., Haberschill,P., Coefficients d'echange locaux au cours de l'ébullition du R22 et du R407C dans des tubes horizontaux, lisse ou micro-aileté. International Journal of Refrigeration, Vol. 24, pg.57-72, 2001;

[2] Tong, L.S., Tang, Y.S., Boiling Heat Transfer and Two-Phase Flow, Washington,1997;

[3] Carey, V.P., Liquid-Vapor Phase-Change Phenomena, Hemisphere, Washington , DC, 1992.