Procedimento Experimental

Realizaram-se quatro testes experimentais com diferentes velocidades superficiais de gás e líquido para estudar o escoamento transiente no padrão golfadas. No primeiro teste, a vazão volumétrica da fase líquida manteve-se constante, enquanto diminuiu-se abruptamente a vazão volumétrica da fase gasosa. No segundo teste, a vazão volumétrica da fase líquida permaneceu constante, enquanto aumentou-se subitamente a vazão volumétrica da fase gasosa. Analogamente, no terceiro teste, diminuiu-se a vazão volumétrica da fase líquida repentinamente mantendo a fase gasosa inalterada e, no quarto teste, aumentou-se a vazão volumétrica da fase líquida preservando a fase gasosa constante.

Utilizaram-se ar comprimido e água da rede de abastecimento como fluidos de teste. A massa específica da água é 998 kg/m3 e a massa específica do ar é determinada através da equação dos gases ideais. Registrou-se a pressão atmosférica e temperatura local de cada aquisição através do Centro de Pesquisas Meteorológicas e Climáticas Aplicadas à Agricultura (Cepagri) localizado na Universidade Estadual de Campinas. A pressão atmosférica local média dos quatro testes é 93,7 kPa e a temperatura local média manteve-se em 25 ºC.

O procedimento experimental para cada aquisição consiste em impor as condições de vazão volumétrica do estado pseudo permanente inicial na entrada da linha de escoamento bifásico gás-líquido e aguardar a obtenção das condições operacionais em toda extensão da seção de teste. Uma vez que o escoamento intermitente de ar e água está livre dos efeitos de partida, inicia-se a aquisição de dados. Configura-se o contador interno do módulo de monitoramento dos fluidos de teste para acionar a válvula de fechamento rápido ou o inversor de frequência impreterivelmente 30 s após o início da aquisição de dados, alterando a vazão volumétrica das fases gasosa ou líquida e, consequentemente, instituindo o período transiente. O módulo de aquisição de dados continua registrando a evolução temporal da fração de vazio e da pressão nas quatro estações de medição por mais 70 s após a variação repentina ocorrer. Cada aquisição tem duração de 100 s e para cada um dos quatro testes experimentais, repetiram-se 100 vezes este procedimento.

As análises desenvolvidas no presente trabalho estão divididas em três períodos de tempo, conforme ilustrado pela Figura 3.12. A evolução temporal das velocidades superficiais de líquido e gás na entrada da seção de teste, os sinais médios da fração de vazio e os sinais médios da pressão para as quatro estações de medição correspondentes ao teste #1 estão apresentados na Figura 3.12.

O estado pseudo permanente inicial é o período compreendido entre o início da aquisição de dados e a alteração súbita da vazão volumétrica de um dos fluidos de teste, conforme mostrado na Figura 3.12. O estado pseudo permanente final é o período contido entre a estabilização da pressão e o término da aquisição de dados. O período inicial dura exatamente 30 s para os quatro testes experimentais, enquanto o período final inicia-se tipicamente em 60 s e perdura até 100 s. Por fim, o período transiente é o período compreendido entre a mudança abrupta da velocidade superficial de uma das fases e a estabilização da pressão.

Nos estados pseudo permanentes inicial e final, as velocidades superficiais nominais das fases líquida e gasosa são constantes, enquanto os parâmetros geométricos e cinemáticos do escoamento intermitente exibem uma variação típica do padrão golfadas, como descrito por Nydal et al. (1992). Por outro lado, o período transiente é caracterizado pela alteração temporal e espacial das propriedades discretas.

Figura 3.12. Definição dos períodos inicial, transiente e final.

A Tabela 3.1 apresenta as velocidades superficiais nominais das fases líquida e gasosa para os estados pseudo permanentes inicial e final referentes aos quatro testes experimentais conduzidos. Nos testes #1 e #2, percebem-se as alterações simétricas de ± 0,30 m/s na velocidade superficial nominal de ar em relação ao estado inicial, enquanto a velocidade superficial nominal de água permanece constante. Nos testes #3 e #4, observam-se as mudanças simétricas de ± 0,30 m/s na velocidade superficial nominal de água, ao passo que a velocidade superficial nominal de ar mantém-se inalterada.

O teste #1 consiste no bloqueio da válvula esfera de fechamento rápido e na diminuição da velocidade superficial de ar, ao mesmo tempo em que a velocidade superficial de água permanece inalterada. O teste #1 caracteriza-se por uma onda de expansão, uma vez que a velocidade superficial de mistura do estado final é reduzida em relação ao estado inicial. O teste #2 compreende a abertura da válvula esfera de fechamento rápido e a elevação da

velocidade superficial de ar, enquanto a velocidade superficial de água mantém-se praticamente constante. O teste #2 define-se por uma onda de compressão, visto que a velocidade superficial de mistura é aumentada.

O teste #3 corresponde à diminuição da rotação da bomba centrífuga de alimentação através do inversor de frequência e à redução da velocidade superficial de água, ao passo que a velocidade superficial da fase gasosa permanece estável. O teste #3 caracteriza-se por uma onda de expansão devido à diminuição da velocidade superficial de mistura. O teste #4 refere- se ao aumento da rotação da bomba centrífuga de alimentação e à elevação da velocidade superficial de água, enquanto a velocidade superficial de ar mantém-se inalterada. O teste #4 define-se por uma onda de compressão, já que a velocidade superficial de mistura é incrementada em relação ao estado inicial.

Tabela 3.1. Velocidades superficiais nominais das fases líquida e gasosa dos estados inicial e final para os quatro testes experimentais.

Teste #1 Teste #2 Teste #3 Teste #4

Jn_L [m/s] J_Gn [m/s] Jn_L [m/s] J_Gn [m/s] Jn_L [m/s] J_Gn [m/s] Jn_L [m/s] J_Gn [m/s] Estado Inicial 0,60 0,60 0,60 0,30 0,60 0,60 0,30 0,60 Estado Final 0,60 0,30 0,60 0,60 0,30 0,60 0,60 0,60

4 PROCESSAMENTO

DE

DADOS

E

ANÁLISE

DE