Caracterização dos padrões de escoamento na ebulição do isobutano em um micro canal

Novas aplicações para sistemas de refrigeração surgem a todo momento, pois os processos de fabricação industriais, sistemas nucleares, aeroespaciais e outros que geram calor durante o seu uso estão sempre sendo desenvolvidos, devido à essa necessidade, trocadores de calor compactos precisam ser aprimorados, exigindo estudos referentes à troca térmica e às melhorias nas eficiências energéticas. Os sistemas compactos são estudados para suprir essas demandas, então aliar o processo de mudança de fase do fluido com o desenvolvimento de sistemas compactos de mini e micro canais torna-se cada vez mais necessário. O presente trabalho analisou dados da ebulição do refrigerante isobutano (R600a) em um micro canal horizontal (diâmetro interno de 1 mm), que compõe uma bancada experimental composta de três seções (pré-aquecimento, teste e visualização), assim como diversos sensores para medição de temperatura, vazão, pressão e um sensor óptico. Foram realizados testes com variações de velocidades mássicas (520 kg m2s ∼ 1220 m kg 2s ) e fluxo de calor (10 kW m2 ∼ 60 kW m2 ) e a aquisição dos dados de temperatura, pressão e vazão para posterior tratamento. Também foram registradas imagens do escoamento nas diferentes condições e registrados os sinais de um sensor óptico associados a esses. Assim os padrões de escoamento foram avaliados através da identificação das imagens e também com o tratamento dos dados do sensor óptico com a metodologia da Transformada Rápida de Fourier (FFT) aliada à Densidade de Potência Espectral (PSD), assim como tratamento das imagens dos padrões para determinação da área longitudinal ocupada pelo vapor no tubo. Para a análise das frequências características foi utilizado o método PSD, foram calculadas a fração de vazio, o título de vapor e as velocidades das fases e as imagens foram tratadas com algoritmo em python desenvolvido nesse trabalho. Para os menores valores de velocidade mássica (G), foram alcançados os maiores títulos de vapor, e todos os padrões de bolhas isoladas, alongadas, slug, churn e anular foram observados. Enquanto que para os G mais elevados, mesmo quando aplicado um fluxo de calor maior na seção de testes (ST), os títulos foram reduzidos e os padrões predominantemente observados foram intermitentes (slug e churn) e anular. Na análise de frequência foram encontrados valores semelhantes de frequências (onde se concentram as maiores densidades de potência espectral) entre os mesmos padrões para diferentes testes realizados, para o padrão de bolhas isoladas o maior valor ocorre na frequência de 15 Hz e para os padrões churn e anular ondulado para valores menores que 5 Hz, indo até a frequência de 10Hz. O tratamento de imagens através do algoritmo desenvolvido foi capaz de identificar a área longitudinal ocupada para os padrões de bolhas isoladas e bolhas alongadas.