INTERIOR DE TUBOS
3.1.1 CIRCUITO DE REFRIGERANTE
O circuito de refrigerante encontra-se ilustrado esquematicamente na Fig. 3.4. Nela os símbolos T e P indicam as localizações de sensores para os registros da temperatura e pressão, respectivamente.
Figura 3.4 – Ilustração esquemática do circuito de refrigerante.
A Fig. 3.5 ilustra os processos ao qual o fluido de trabalho é submetido ao longo do circuito de testes. Os números indicados na Fig. 3.4 correspondem aos estados termodinâmicos indicados na Fig. 3.5.
Jaqueline Diniz da Silva
Figura 3.5 – Diagrama Pressão vs. Entalpia do circuito principal para o R1234ze(E).
O deslocamento do fluido refrigerante (processo I-II) é dado pela microbomba de engrenagens, fabricada pela Micropump modelo GC-M23.JF5S.F. Esta bomba possui descolamento volumétrico nominal de 0,81 ml/rev, pressão diferencial máxima de 870 kPa, pressão máxima de operação de 10300 kPa, rotação máxima recomendada de 6000 rpm, temperatura entre -46 °C a 177 °C e viscosidade entre 0,0002 e 1,5 Pa.s. Ela fornece vazão contínua sem oscilações de pressão. A vazão é determinada através de um variador de frequência que atua em um motor elétrico acoplado magneticamente a bomba.
A jusante da microbomba encontra-se uma conexão com o tanque de pressão, o qual é composto uma membrana que separa o refrigerante do nitrogênio fornecido por um cilindro conectado ao tanque de pressão. Ele atua no controle a pressão da linha do refrigerante através da regulagem do volume de nitrogênio em seu interior a qual varia com a pressão imposta ao circuito principal. Todavia, este mecanismo de controle é limitado, visto que o inventário de refrigerante em adequada proporção é essencial na determinação da pressão de testes.
A vazão mássica do fluido refrigerante é determinada através de um medidor tipo Coriolis (processo II-III), cuja incerteza na medida é de ±0,2% do fundo de escala. O medidor
150 200 250 300 350 400 450 500 550 5x101 102 103 104 5x104
i [kJ/kg]
P
[
k
P
a
]
-10°C 10°C 40°C 0°C 94,2°C 126,9°C 0,2 0,4 0,6 0,8 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 kJ/k g-K R1234ze(E) I II III IV V VI VII VIII IX X XIJaqueline Diniz da Silva de vazão fornece para o sistema de aquisição de dados um sinal de 4 a 20mA. Assim, através de um resistor de 250 Ω com erro de 0,1%, ligado em série com o medidor de vazão e em paralelo aos terminais do canal do sistema de aquisição, ele produz em um sinal de tensão, proporcional a vazão mássica. O processo III-IV está associado a uma perda de pressão local imposta por uma válvula de agulha, com intuito de reduzir a propagação de instabilidades ao longo da seção de testes.
A jusante da válvula de agulha o fluido refrigerante subresfriado escoa através de trocadores de calor do tipo tubo em tubo, onde é evaporado e superaquecido por meio de calor fornecido pela água aquecida do circuito auxiliar. Os processos de transferência de calor nestes trocadores encontram-se representados na Fig. 3.5 pelos trechos do circuito indicados por VI- V e V-VI. O ajuste fino do grau de superaquecimento do refrigerante na entrada da seção de testes se dá através de um terceiro trocador de calor do tipo tubo em tubo (processo VI-XII). Este ajuste é dado através da troca de calor entre o vapor e a água fornecida por um banho termostático, a qual circula em contra-corrente ao fluido de testes. O processo VII-VIII envolve a expansão do refrigerante em uma válvula do tipo agulha localizada a montante da seção de testes.
É importante mencionar, que o circuito de refrigerante possui uma linha alternativa (by- pass) conectando região a jusante da válvula de agulha e a montante do terceiro trocador de calor tubo em tubo. Esta linha é utilizada em testes experimentais envolvendo ensaios para ebulição convectiva.
Na seção de testes o refrigerante é condensado através da água fria que circula externamente aos canais que a compõe, podendo na saída da seção deste encontrar-se em um estado de subresfriamento, conforme indicado no processo VIII-IX. À jusante da seção de testes encontra-se o pós-condensador, responsável por condensar o vapor remanescente da seção de testes e subresfriar o refrigerante, conforme indicado no processo XI-X, de forma que este se encontre subresfriado na entrada da bomba de engrenagens. No entanto, antes da microbomba o fluido de testes escoa ainda por um filtro secador e um para eliminação de particulados, respectivamente, indicados nos processos X-XI e XI-XII.
Jaqueline Diniz da Silva 3.1.2 CIRCUITO DE ÁGUA
A Fig. 3.6 ilustra o circuito auxiliar de água, constituído basicamente por 3 subcircuitos conectados ao reservatório de água, localizado em uma plataforma 2,5 m acima da seção de testes. O subcircuito I compõe-se de uma bomba centrífuga e dois trocadores de calor do tipo placas, o subcircuito II contém uma bomba centrífuga, um medidor de vazão volumétrico eletromagnético e a seção de testes, e por fim, o subcircuito III consiste de uma bomba e uma região de aquecimento por resistências elétricas tipo fita, além de válvulas do tipo globo para manobras do escoamento e controle da vazão.
Figura 3.6 – Circuito de água
O reservatório de água é mantido a pressão atmosférica e é coberto em sua região superior, a qual pode ser removida manualmente em casos eventuais de manutenção. A temperatura da água no tanque é monitorada a partir de um termopar localizado em seu interior.
O subcircuito I, responsável pelo resfriamento da água, está conectado aos circuitos auxiliares de etileno-glicol/água e de água de poço, conforme ilustrado na Fig. 3.1. Nele, a partir de trocadores de calor do tipo placas, a água circulante em seu interior é resfriada através do circuito de etileno-glicol/ água ( temperatura mínima de -4°C), visando o controle da temperatura da água durante o levantamento dos dados experimentais.
Jaqueline Diniz da Silva No subcircuito II, a vazão da água da seção de testes é determinada por meio de um medidor eletromagnético instalado a montante da entrada desta. A partir da densidade da água avaliada com base em um sensor de temperatura do subcircuito, determina-se a vazão mássica. O medidor de vazão eletromagnético permite avaliar vazões volumétricas entre 1,8 x 10-5 m³/s e 6,95 x 10-4 m³/s, correspondendo a fluxos mássicos entre 50 e 350 kg/m²s com erros de 0,5%.
O subcircuito III, cujo efeito de aquecimento tem por obejtivo controlar a temperatura da água armazenada no reservatório de água (ítem 14 da Fig. 3.1) possui 5 conjuntos de resistências elétricas com potência nominal de 3,5 kW em cada.