Resultados experimentais

As Figs. 6.18 a 6.21 apresentam os resultados de perda de pressão por atrito levantados em condições adiabáticas. Vale ressaltar que para estes resultados a queda de pressão devido à variação da quantidade de movimento apresenta valores inferiores a 1% da perda de pressão por atrito.

Tsat = 5 °C Tsat = 15 °C

Figura 6.18 – Variação da perda de pressão média com o título de vapor para G=75 kg/m²s.

Figura 6.19 – Variação da perda de pressão média com o título de vapor para G=112,5 kg/m²s e Tsat = 15°C.

Tsat = 5 °C Tsat = 15 °C

Figura 6.20 – Variação da perda de pressão média com o título de vapor para G=150 kg/m²s.

Tsat = 5 °C Tsat = 15 °C

Figura 6.21 – Variação da perda de pressão média com o título de vapor para G=250 kg/m²s.

De maneira geral, com a redução da razão de retorcimento há incremento na perda de pressão. Os gradientes de pressão para as razões de retorcimento superiores não apresentam diferenças significativas. De fato, com base na usual abordagem para estimativa da perda de pressão para escoamento em tubos com fitas retorcidas apresentada por Agrawal et al. (1982), descrita no Capítulo 3, o incremento no gradiente de pressão é reduzido com o aumento na razão de retorcimento. Tal tendência é verificada pela derivada da Eq. ( 3.70 ) em relação à razão de retorcimento, dada por:

1               _yn nC p p p y Vr _{( 6.2 )}

Independentemente da razão de retorcimento verificou-se a redução do título de vapor correspondente ao gradiente de pressão máximo com a elevação da velocidade mássica, conforme observado em resultados para escoamento em tubos sem insertos, apresentado na Fig. 6.18. Esta tendência se intensifica para razões de retorcimento reduzidas. Para y=3 e Tsat=15 °C, o pico de perda de pressão para G igual a 75 kg/m²s ocorre para um título de

aproximadamente 0,85, enquanto para uma velocidade mássica de 150 kg/m²s o pico de perda de pressão é observado para x_{≅0,7. Para velocidade mássica igual a 112,5 kg/m²s e mesma} temperatura de saturação, o pico é observado para título de vapor de aproximadamente 0,8, confirmando a tendência observada.

y=3 _y=4

y=9 y=14

Figura 6.22 – Variação da perda de pressão média com o título de vapor.

Para razão de retorcimento, velocidade mássica e título de vapor similares, os gradientes de pressão são superiores para a temperatura de saturação igual a 5 °C. Tal comportamento relaciona-se ao decréscimo do volume específico do vapor com o incremento da temperatura de saturação, implicando em velocidades superficiais da fase gás inferiores.

Para razões de retorcimento reduzidas e uma velocidade mássica de 75 kg/m²s ocorre um máximo local na perda de pressão para títulos de vapor próximos a 0,2. Esta inflexão ilustrada na Fig. 6.18coincide com a transição entre os padrões de escoamento estagnante e intermitente. Assim, o máximo local está relacionado com efeitos inerciais, devido à energia do escoamento necessária à aceleração do filme líquido estacionário, fato este não verificado durante escoamento segundo o padrão intermitente.

Tendências similares às indicadas neste estudo foram observadas por Akhavan- Behabadi et al. (2009 a, b). Devido às reduzidas temperaturas de saturação empregadas pelos autores, com consequente velocidade superficial mais elevada, a não verificação de máximo local para na perda de pressão para títulos de vapor próximos a 0,2, relacionada a transição entre os padrões de escoamento estagnante e pistonado, está de acordo com os resultados

experimentais do presente estudo, pois o primeiro padrão é observado para velocidades superficiais reduzidas.

Resultados para a perda de pressão com a seção de testes submetida a aquecimento foram realizados com o objetivo de verificar uma possível influência do fluxo de calor na perda de pressão por atrito. Estes efeitos poderiam estar relacionados a escoamentos secundários induzidos pela diferença de densidade entre o fluido em contato com a superfície do tubo no seio do escoamento.

A Fig. 6.23 apresenta a comparação entre as perdas de pressão por atrito durante escoamento bifásico no interior de tubos lisos sem insertos. A perda de pressão por atrito definida como diabática, foi estimada a partir da perda de pressão fornecida pelo transdutor diferencial subtraído da parcela inercial, Eq. ( 4.4 ), (ver seção 4.5.2) com a fração de vazio estimada segundo a versão de Steiner do modelo de Rouhanni-Axelsson, Eq. ( 2.65 ).

A perda de pressão adiabática por atrito com a superfície de testes submetida a fluxo de calor foi estimada a partir da discretização da seção de testes em 100 elementos. Polinômios de grau três foram ajustados para cada condição a partir dos resultados experimentais para condições adiabáticas. Perdas de pressão foram calculadas para cada segmento considerando condições de vazão, temperatura de saturação e título de vapor médio estimado a partir de um balanço de energia sobre o segmento. A partir daí, determinou-se a perda de pressão por atrito para condições diabáticas na seção de testes, conforme a seguinte equação. N x p p N j j elemento atrito estimado



Para este cálculo, as propriedades do fluido refrigerante foram estimadas considerando um gradiente de temperatura constante entre a entrada e a saída da seção de testes.

Figura 6.23 – Análise do efeito do fluxo de calor na perda de pressão por atrito para tubo sem inserto.

A Fig. 6.24 apresenta comparações entre as parcelas de perda de pressão por atrito durante escoamentos bifásicos diabáticos e adiabáticos para tubos com fitas retorcidas. A metodologia adotada é análoga à utilizada para o tubo sem fita retorcida.

Segundo a Fig. 6.24, para tubos com fitas retorcidas, o efeito do fluxo de calor na perda de pressão por atrito também é desprezível. As diferenças observadas estão relacionadas principalmente a erros experimentais e ajuste de polinômios necessários a comparação.

Adicionalmente vale salientar que a variação de título de vapor entre a entrada e saída da seção de testes apresenta valores elevados, de até 70%, indicando que a consideração de gradiente de pressão constante é incoerente.

y=3 _y=4

y=9 _y=14

Figura 6.24 – Análise do efeito do fluxo de calor na perda de pressão por atrito para tubos com fita retorcida, _{ϕ=10 e 20 kW/m².}