Neste capítulo serão apresentadas algumas imagens que ilustram o fenômeno de ebulição convectiva no interior de um mini-canal anular de diâmetro hidráulico de 0,5 mm, utilizando como fluido refrigerante o n-Pentano.
As imagens foram feitas utilizando uma câmera fotográfica da marca Canon, modelo Digital EOS Rebel de 6.3 mega pixel e lente de Ef 100 mm f/2.8 Macro USM.
Serão aqui apresentadas 19 fotografias, tomadas para distintos valores de velocidades mássicas, de 148,0 a 274,0 kg/m2s, e fluxos de calor de 10 a 30 kW/m2, para uma pressão e temperatura de entrada de 130,0 kPa e 37,0 oC respectivamente.
Imagens fotográficas para maiores valores de fluxo de calor não foram realizadas devido ao fato que, para maiores fluxos de calor, a superfície do tubo de cobre do mini-canal anular, começava a escurecer- se, dificultando a obtenção de imagens com uma boa qualidade. Aparentemente, o escurecimento do tubo de cobre para fluxos de calor mais elevados não se deve a secagem da parede, pois não há um aumento excessivo da temperatura da mesma, quando do escurecimento da superfície externa do tubo. O escurecimento do tubo de cobre vai aumentando gradualmente com o aumento do fluxo de calor imposto a mesma superfície. Pode-se observar nas imagens fotográficas expostas neste capítulo que nos fluxos de calor um pouco mais elevados, já se percebe um leve escurecimento da superfície do tubo liso de cobre. Tal problema ainda não esclarecido completamente indica que ocorreu a decomposição do n-Pentano, para determinadas condições de teste.
Vários tipos de iluminação foram testados a fim de diminuir os reflexos que o tubo de acrílico que forma o mini-canal anular, provoca devido à incidência de luz sobre ele.
Com o intuito de diminuir as distorções, e reflexos de luz que o tubo de acrílico gera, devido ao seu formato cilíndrico, um recipiente de acrílico com paredes planas, contendo no seu interior glicerina líquida foi montado ao redor do tubo de acrílico, com o intuito de amenizar tais efeitos acima citados. Nas imagens das Figuras 5.1 a 5.6, o sentido do escoamento se dá da direita para a esquerda.
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2148
/
G=
kg m s
2" 10
/
q
=
kW m
q" 12, 5=
kW m/
2 2" 15
/
q
=
kW m
q" 20=
kW m/
2Figura 5.1 - Imagens Fotográficas para G= 148,0 kg/m2s
Na Figura 5.1, são apresentadas quatro fotografias para a velocidade mássica de 148,0 kg/m2s, em que o efeito do fluxo de calor imposto à parede do tubo de cobre, entre 10,0 e 20,0 kW/m2, é analisado. Como se pode observar, a interface líquido vapor avança em direção a montante do escoamento, indicando a tendência de acumulação de bolhas na região superior do mini-canal anular. Observa- se para um fluxo de calor de 12,5 kW/m2 o surgimento de um sítio de
nucleação na região inferior central do mini-canal, e na esteira do escoamento, um traço de bolhas pode ser observado com bolhas coalescidas de maiores dimensões, na região mais próxima da saída do mini-canal. Esta mesma situação, também pode ser visualizada para o fluxo de calor de 15,0 kW/m2, entretanto nesta situação, as bolhas crescem mais rapidamente, e quase só se observa uma única bolha comprida, em quase toda metade final do mini-canal, na sua região inferior.
A Figura 5.2 apresenta fotografias para velocidade mássica de 169,0 kg/m2s, em que o efeito do fluxo de calor imposto à parede do
tubo de cobre, entre 12,5 e 25,0 kW/m2, é analisado. Comparando a imagem do fluxo de calor de 20,0 kW/m2 com a de 25,0 kW/m2, para
CAPÍTULO 5
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esta velocidade mássica, observa-se que para o fluxo de calor de 25,0 kW/m2, há a formação de uma maior quantidade de sítios de nucleação do que quando o fluxo de calor é de 20,0 kW/m2. Nota-se também que quando o fluxo de calor é de 25,0 kW/m2, as bolhas de vapor formadas nestes sítios de nucleação crescem mais rapidamente, e conforme elas crescem, vão se unindo umas às outras formando grandes bolhas de vapor. 2
169
/
G
=
kg m s
2" 12, 5
/
q
=
kW m
q" 20=
kW m/
2 2" 25
/
q
=
kW m
Figura 5.2 - Imagens Fotográficas para G= 169,0 kg/m2s
2
190
/
G
=
kg m s
2" 20
/
q
=
kW m
q" 25=
kW m/
2CAPÍTULO 5
97
Na Figura 5.3, duas fotografias para velocidade mássica de 190,0 kg/m2s são apresentadas, para fluxos de calor de 20,0 e 25,0 kW/m2, onde se pode observar a mesma tendência, verificada para a velocidade mássica de 169,0 kg/m2s. 2
232
/
G
=
kg m s
2" 17, 5
/
q
=
kW m
q" 20=
kW m/
2 2" 25
/
q
=
kW m
q" 30=
kW m/
2Figura 5.4 - Imagens Fotográficas para G= 232,0 kg/m2s
Nas Figuras 5.4 a 5.6, à medida que a velocidade mássica é aumentada, e particularmente para os casos onde se tem fluxos de calor é mais elevados, o escoamento apresenta-se muito mais instável, não apresentando uma clara definição da interface entre o líquido e o vapor, tal como se pôde observar para as velocidades mássicas menores, como o caso da Figura 5.1.
CAPÍTULO 5
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2253
/
G
=
kg m s
2" 20
/
q
=
kW m
q" 25=
kW m/
2 2" 30
/
q
=
kW m
Figura 5.5 - Imagens Fotográficas para G= 253,0 kg/m2s
2
274
/
G
=
kg m s
2" 20
/
q
=
kW m
q" 25=
kW m/
2 2" 30
/
q
=
kW m
CAPÍTULO 5
99
Analisando num âmbito geral, as fotografias das Figuras 5.1 a 5.6, mostram o elevado grau de confinamento sob o processo de ebulição, caracterizado por um aprisionamento da bolha de vapor, fazendo com que a mesma tome uma forma alongada e achatada. Nota- se, também, na maioria das fotografias que a existência de grandes bolhas de vapor aprisionadas que crescem tanto na sua direção longitudinal quanto circunferêncial, unindo-se entre si, e formando, na maioria das vezes, grandes bolsões de vapor que envolve totalmente o tubo de cobre aquecido.
Pode-se notar, também, que há uma tendência das bolhas de vapor subirem para o topo do tubo de cobre, devido ao efeito de empuxo gravitacional.
Um melhor entendimento dos mecanismos de ebulição convectiva e dos padrões de escoamento poderia ser realizado, utilizando-se uma filmadora de alta velocidade durante o processo de ebulição convectiva.
CAPÍTULO 6