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Abstract:
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A evaporação por película descendente (FFE, na sigla em inglês, para Falling Film Evaporation) é o processo de evaporação em que líquido flui sobre uma superfície aquecida, sob a ação da gravidade, à medida que evapora. Diferente da ebulição, não há formação de bolhas de vapor no FFE, por isso o superaquecimento que o líquido pode sofrer, em contato com a superfície aquecida do trocador de calor, deve ser menor do que para o caso da condição de início da ebulição (ONB, sigla em inglês, para Onset of Nucleate Boiling). Por sua vez, a ebulição é um processo comumente empregado na geração de vapor em caldeiras para produção de energia elétrica, no cozimento de alimentos e em sistemas de refrigeração, ocorre quando o líquido é superaquecido a alguns graus acima da temperatura de saturação correspondente à sua pressão.
Estudos sobre FFE se destacaram nos últimos cinquenta anos. No Brasil, há registros de trabalhos acadêmicos feitos na UNICAMP, que datam dos anos 1970, focados nas indústrias de laticínios. Algumas aplicações são encontradas na indústria de sucos de frutas concentrados, indústrias petroquímica e nuclear, na dessalinização de água, entre outras.
Neste estudo, foram determinados, para o caso do tubo com ranhuras, os coeficientes de transferência de calor (CTC) aproximados de 1350 W/m²K e 1375 W/m²K , 1680 W/m²K e 1670 W/m²K, 2200 W/m²K e 2450 W/m²K, respectivamente, para os fluxos de calor na resistência, de 12000 W/m², 29000 W/m² e 50000 W/m² e vazões de água de 200 L/h e 240 L/h. A temperatura de entrada da água na seção de testes foi de 60°C.
Os resultados para o caso da superfície lisa apresentaram problemas de precisão nas medições das temperaturas de parede do tubo. Desta forma, os resultados obtidos não foram suficientes para concluir que a escolha da superfície ranhurada leva a um aumento significativo do CTC, quando comparado ao caso da superfície lisa, a fim de justificar o seu maior custo de fabricação.
Para conduzir esses experimentos, foram empregados tubos de aço inoxidável AISI 304 com rasgos internos para fixação de termopares. Entretanto, surgiram desafios técnicos relacionados à fixação precisa dos termopares na parede interna do tubo. Para superar essa dificuldade, foi desenvolvida uma solução inovadora, no TCC do engenheiro de Materiais Patrick Walter Rüdiger Scheidt, que consistiu na fabricação de uma guia curva, feita por manufatura aditiva, cuja função é posicionar com precisão as junções de medição dos termopares e pressioná-las contra a superfície interna dos tubos.
Apesar de não se ter chegado a conclusões definitivas sobre a melhora no coeficiente de transferência de calor para a superfície ranhurada, não se observou instabilidades hidrodinâmicas que pudessem causar o superaquecimento da superfície dos cilindros. |
