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Caracterização do escoamento bifásico ar-água por meio de sensores ópticos

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Autor Figueredo, Melissa Grahl;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/3849333668442380;
Orientador Copetti, Jacqueline Biancon Copetti;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/9219989574784501;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Caracterização do escoamento bifásico ar-água por meio de sensores ópticos;
Resumo Este trabalho apresenta o estudo para a caracterização do escoamento bifásico ar-água em um minicanal de 2,6 mm de diâmetro interno para os regimes de escoamento pistonado e bolha isolada, por meio do emprego de quatro pares de sensores ópticos: dois deles formados por emissores IR e fotodiodos como receptores, diferenciados pelo comprimento de onda dos emissores e pela área ativa dos receptores, o outro é o sensor de tubo para líquidos, formado por um emissor IR e um fototransistor como receptor e, por fim, o sensor composto por um LED branco como emissor e um LDR como receptor. Os testes foram realizados para vazões de água de 50, 75 e 100 ml/min e volumes de ar de 0,1, 0,06 e 0,02 ml, captando-se simultaneamente os sinais dos sensores e suas respectivas imagens com uma câmera de alta velocidade. Os resultados obtidos foram a fração de vazio, as curvas de calibração para os sensores, a comparação das respostas dos quatro sensores empregados e a medida da velocidade das bolhas. A calibração dos sensores é dada por meio de uma curva que relaciona a fração de vazio e a tensão do sensor. Relacionando-se as imagens e os sinais dos sensores, foi possível identificar os padrões de escoamento pistonado para os volumes de ar de 0,10 e 0,06 ml e o de bolhas isoladas para o volume de 0,02 ml. A partir da análise dos sinais dos sensores observou-se que para volume de ar de 0,02 ml o sensor de tubo para líquidos, diferentemente dos outros sensores, identificou o padrão levemente alongado da bolha. A verificação dos sinais dos sensores foi feita por meio das áreas medidas pelos sensores e aquelas obtidas através das imagens, ficando com EMR entre -9,36% e 4,49%, sendo os piores resultados os encontrados para o volume de ar de 0,02 ml. O resultado para os valores normalizados das áreas medidas pelos sensores mostrou que o sensor LDR possui resposta mais lenta durante as mudanças entre as fases líquida e gasosa, visto que a área medida por ele ficou maior em relação aos outros sensores. Nota-se ainda que o sensor de tubo para líquido foi aquele que obteve os menores tempos durante as mudanças de fases. As curvas de calibração obtidas foram melhor aproximadas por exponenciais de segunda ordem com R2 entre 0,928 e 0,897 (LDR). Por fim, a aplicação dos sensores em pares possibilitou a medida da velocidade das bolhas para as diferentes vazões de água, resultando em EMR entre -4,92 e 2,17%.;
Abstract This paper presents an air-water two-phase flow characterization in a small diameter tube of 2.6 mm internal diameter for plug and isolated flow, using four pairs of optical sensors: two of them consist in IR emitter whit different wavelength and photodiodes receivers, whit distinct reception active areas, the other one is a tube liquid sensor based in an IR emitter and a phototransistor receiver and the last one is a LDR as receiver and a white LED emitter. The tests were performed for 50, 75 and 100 ml/min for water flow and 0.1, 0.06 and 0.02 ml for air volume, capturing sensors signals and its respective images in a high-speed camera. The results obtained where void fraction, sensors calibrations curves, a comparison between the four sensors response and bubbly velocity. The sensor calibration process relates void fraction and sensor signal. Images and sensor signal showed that is possible to recognize plug pattern for air volumes of 0.10 and 0.06 ml and isolated bubbly pattern for 0.02 ml. Signal sensors comparison allowed to identify that the tube liquid sensor is better in recognizing a bubbly-plug pattern. The sensors verification has compared the areas measured by the sensor and the image, the EMR results are between -9.6% and 4.49%. The worst results are for air volume of 0.02 ml. LDR sensor response is slower than the others sensors are during phase changing, since the area measured by it has been higher than the other sensors. On the other hand, tube liquid sensor showed to be faster sensor in phase changing. Despite sensors differences, four calibrations curves were obtaining and defined by second order exponentials whit R2 between 0.928 and 0.897 (LDR). Finally, the sensors in pairs allowed to measure mean velocity of bubbles for different water flow, resulting in EMR between -4.92 and 2.17%.;
Palavras-chave Escoamento bifásico; Minicanais; Padrões de escoamento; Sensores ópticos; Two-phase flow; Flow patterns; Minichannels; Optical sensors;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica;
Tipo Dissertação;
Data de defesa 2018-07-03;
Agência de fomento Programa de Bolsas de Estudo Talentos Tecnosinos;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/7423;
Programa Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica;


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Nome: Melissa Grahl ...
Tamanho: 8.083Mb
Formato: PDF
Descrição: sensores_opticos
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