Análise de um circuito de termossifão bifásico

Abstract

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica.A crise energética que o país atravessa estimula o desenvolvimento de pesquisas visando fontes alternativas e a otimização de processos que envolvam transferência de calor e escoamento bifásico. Circuitos de termossifões bifásicos são dispositivos semelhantes aos termossifões normais, onde o evaporador e o condensador são unidos através de tubulações. Desta forma, não ocorre o escoamento em contracorrente, uma vez que o fluido de trabalho se movimenta em uma direção pré determinada. Para uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem no interior destes circuitos, é interessante visualizar o escoamento do fluido no interior do circuito. Para isto, primeiramente, construiu-se um termossifão bifásico em circuito de geometria retangular feito de vidro. Os trocadores de calor, localizados nas seções verticais, onde estão o evaporador e o condensador, também foram feitos de vidro. Assim, foi possível visualizar o escoamento e identificar as regiões mais críticas do sistema, que necessitavam de uma maior instrumentação. Posteriormente, um circuito de termossifão bifásico de mesma geometria foi construído em aço inoxidável. Em ambos os aparatos, o fluido de trabalho utilizado foi a água destilada. Conjuntamente, um modelo analítico de resistências térmicas equivalentes foi desenvolvido. Correlações de Groll e Rösler e de Kaminaga foram utilizadas para a determinação do coeficiente de transferência de calor interno ao tubo para a condensação e correlações de Rohsenow, de Borishanski, de Stephan e Abdelsalam e de Kutateladze para a ebulição no evaporador. A comparação entre modelo matemático e dados experimentais é boa, mostrando que o modelo pode ser utilizado como uma ferramenta de projeto. Tanto o modelo matemático desenvolvido, quanto os resultados experimentais mostram que o termossifão em circuito é um eficiente dispositivo capaz de transferir calor e ainda homogeneizar temperaturas. Portanto, esta tecnologia pode ser aplicada em fornos de cocção ou em qualquer outro dispositivo que necessite de uma homogeneização de temperaturas