Caracterização dos padrões de escoamento na ebulição do isobutano em um micro canal
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Copetti, Jacqueline Biancon | |
| Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1) | Oliveira, Jéferson Diehl De | |
| Lattes Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1Lattes) | http://lattes.cnpq.br/0014747062548738 | pt_BR |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/9219989574784501 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Dias, Isadora Cardozo | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/1434818678846345 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2021-03-10T14:44:41Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2021-03-10T14:44:41Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2020-07-03 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | New applications for refrigeration systems are emerging all the time, as industrial manufacturing processes, nuclear, aerospace and other systems that generate heat during their use are always being developed, due to this need, compact heat exchangers need to be improved, requiring studies related to thermal exchange and improvements in energy efficiency. Com pact systems are studied to meet these demands, so combining the fluid phase change process with the development of compact mini and micro channel systems becomes increasingly nec essary. The present work analyzed data on the boiling of the isobutane refrigerant (R600a) in a horizontal micro channel (internal diameter of 1 mm), which makes up an experimental bench made up of three sections (pre-heating, testing and visualization), as well as several sensors for measuring temperature, flow, pressure and an optical sensor. Tests were carried out with variations in mass velocities (520 m kg 2s ∼ 1220 m kg 2s ) and heat flow (10 kW m2 ∼ 60 kW m2 ) and the acquisition of temperature, pressure and flow data for further treatment. Flow images were also recorded under different conditions and the signals from an optical sensor associated with these were recorded. Thus, the flow patterns were assessed by identifying the images and also by treating the optical sensor data with the Fast Fourier Transform (FFT) methodology combined with Power Spectral Density (PSD), as well as treating the images of the patterns to determine the longitudinal area occupied by the steam in the tube. For the analysis of the characteristic frequencies, the PSD method was used, the void fraction, flow velocities and vapor title were calculated and the images treated with an python algorithm developed in this work. For the lowest values of mass velocity (G), the highest vapor title were achieved, and all patterns of isolated, elongated, slug, churn and annular bubbles were observed. While for the higher G, even when a greater heat flow was applied to the test section (TS), the vapor title were reduced and the predominantly observed patterns were intermittent (slug and churn) and annular. In the frequency analysis, similar values of frequencies (where the highest power spectral densities are concentrated) were found between the same patterns for different tests performed, for the pattern of isolated bubbles the highest value occurs at the frequency of 15 Hz and for the churn patterns and wavy annular for values below 5 Hz, going up to the frequency of 10 Hz. The image processing through the developed algorithm was able to identify the longitudinal área occupied for the patterns of isolated bubbles and elongated bubbles. | en |
| Resumo (dc.description.resumo) | 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. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9572 | |
| Idioma (dc.language) | pt_BR | pt_BR |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Micro canal horizontal | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Ebulição convectiva | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Escoamento multifásico | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Análise de frequências | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Isobutano | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Horizontal microchannel | en |
| Assunto (dc.subject) | Convective boiling | en |
| Assunto (dc.subject) | Multiphase flow | en |
| Assunto (dc.subject) | Frequency analysis | en |
| Assunto (dc.subject) | Isobutane | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Título (dc.title) | Caracterização dos padrões de escoamento na ebulição do isobutano em um micro canal | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Dissertação | pt_BR |
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