Determinação experimental de condições cri ticas de transferencia de calor em convscçao forçada de água ã baixa pressão, em canal circular.

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1 324 INSTITUT DE PESQUISAS RADIATIVAS UFMG-CNEN Determinaçã experimental de ndições ri tias de transferenia de alr em nvsça frçada de água ã baixa pressã, em anal irular. FERNANDES, M.P T

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS INSTITUT DE PESQUISAS RADIATIVAS LABRATÓRI DE TÉRMICA Fevereir de DETERMINAÇÃ EXPERIMENTAL DE CNDIÇÕES CRÍTICAS DE TRANSFERÊNCIA DE CALR, EM CNVECÇA FRÇADA DE ÃGUA, A BAIXA PRES SÃ, EM CANAL CIRCULAR. Marei de Paula Fernandes Tese submetida a Curs de Ciênias e Teni as Nuleares da Universidade Federal de Minas Gerais, m parte ds requisits neessáris para a btençã d.grau de Mestre em"ciênias. 1973

3 AGRADECIMENTS Este trabalh fi elabrad n Labratóri de Térmia d Institut de Pesquisas Radiativas e faz parte de seu prgrama experimental. Agradeç a Prf. Miltn Camps, Diretr d Institut de Pesquisas Radiativas, pr haver permitid a preparaçã desta te se, dentr d prgrama de trabalh d I.P.R. A Dr. Paul de Carvalh Tõfani, meus agradeiments pela sugestã d assunt e valisa rientaçã em tdas as fases des_ te trabalh. Agradeç igualmente a grande labraçã ds legas d Labratóri de Térmia, Alzamir Aires Feijó, Kleber Clares e j sé Rui da Silva Mahad.. As engenheiras Ângela Menin Teixeira de Suza e lga Cr tes Rabel.Leã Simbalista aeitem meus agradeiments pela vali^ sa labraçã. Igualmente agradeç a Nrma Lúia de Azeved pel serviç de datilgrafia, a Paul Renat da Silva pel serviç de pias e a Sr. Lenard Mahad Csta pels serviçs de impressã.

4 ÍNDICE Pag. 1. INTRDUÇÃ ANALISE BIBLIGRÁFICA 2.1. Intrduçã Tips de Crise de Ebuliçã ' Crise de Ebuliçã Primária t Crise de Ebuliçã em Regime de Sub- -resfriament u de Baix Títul Crise de Ebuliçã numa Regiã de Alt Títul Crise de Ebuliçã Seundaria. 5" 2.3. Influênia de Parâmetrs de Cntrle na Crise de Ebuliçã Efeit d Sub-resfriament na Entrada d Canal Efeit d Flux de Massa Métds de btençã de Flux Críti Métds Experimentais de Deteçã d Fenômen Críti 8 +

5 2.6. Tips de Crrelações 2.7. Crrelações Sbre Crise de Ebuliçã Crrelaçã de Biasi et ai Crrelaçã de Beker-Perssm Pag C, DISPSITIV EXPERIMENTAL 3.1. Intrduçã Ciruit Hidráuli Seçã da Testes Ciruit Elétri de Alimentaçã da Seçã de Testes Instrumentaçã e Medidas Medidas de Vazã ' Medidas de Pressã Medidas de Ptênia Elétria Medidas de Temperatura Detetr de Aqueiment Críti 18 if. ESTUD EXPERIMENTAL 4.1. Intrduçã Cndições Experimentais Testes Preliminares- " Aferiçã d Medidr de Vazã Aferiçã ds Medidres de Pressã Estátia Aferiçã d Sistema de Medida de Temperatura Aferiçã d Sistema de Determinaçã de Ptênia 21

6 Pag Rer,ula '--~ ' - Calr Testa!:i--lr.vj: Halar.q T»'r-t; n-it«^.ã«' - '-' -;--fr <Je Flux Críti de :e a elétri d Ciruit 5 : tiu Ebuliçã Desriçli -J -*-* H>: -ic-r.ia Típia 24 4:5. Liads Experimentais ANÁLISE Dr; :.C-*-TA^:S rxr::ki»i:::tais 5.1. Tntr.:., : Crrv^í --* Valres Hedids Dt«rr::r-v;.» <í 2"lux Críti de Calr e d Títul...,.,;.i Saída da Seçã de Testes 5.4. Estisutiv.» d Errs Urrs nas Medidas Diretas Crrs nas Medidas Indiretas 5 5 Influênia ds Parâmetrs sbre Flux Criti de Calr Influênia da Frma Axial d Flux Influênia d Flux de Massa Influênia da Temperatura de Entrada 5.5.4' Dependênia d Títul na Saída m Flux Críti de Calr 5.6. Cmparaçã n Resultads de utrs Experimentadres

7 f Pag. 6. CNCLUSÕES NMENCLATURA REFERÊNCIAS BIBLIGRÁFICAS TABELA 1 FIGURAS H 59

8 1. INTRDUÇÃ A ptênia gerada ns elements mbustíveis nuleares refrigerads a água é", geralmente, limitada pelas ndições ritias de transferênia de alr, na interfae revestimeri t-refrigerante. Deste md, reveste-se da mair imprtânia prblema da determinaçã d flux de alr máxim a qual pdem estar sujeits elements ^mbustíveis ns reatres nuleares PWR e. BWRy' Cm a taxa de transferênia de alr em regime de ebu_ liçã ê geralmente alta, reatres nuleares utilizam pres ss de refrigeraçã envlvend ebuliçã. bservads s ritéris de segurança e enmia, s reatres nuleares refri gerads a^ãgua peram sb ndições nas quais esta taxa de transferenia'de alr é a mais elevada pssível. Sé flux de alr através da superfíie de um elemen_ ' t mbustível atinge u ultrapassa um valr ríti, há de teriraã d press de transferenia térmia. A superfíie aqueida sfre entã flutuações imprtantes de temperatura uja nseqüênia é arésim na taxa de_jrrf.ã das superfiies de tra, u mesm, sua destruiçã. Este fenôme_ w 15

9 n é denminad aqueiment ríti e esta intimamente lidad s fenômen, tant hidrdinsmi quant de transferênia de alr, que ê a rise de ebuliçã. Esta pde ser desrita utilizand-se parâmetrs tais m: a pressã d sistema, a vazi de massa, a gemetria d anal e a temperatura d refrigerante na entrada d anal. «- De.ve-se pis, nheer detalhadamente as ndições exiss tentes num anal de reatr, pssibilitand a previsã e adçã de medidas ntra a rrênia da rise de ebuliçã. Neste estud sã apresentads resultads referentes a determinaçã experimental d flux de aqueiment riti era a nal irular aqueid unifrmemente e refrigerad internamente pr ãf»ua em nveçã frçada asendente, sb pressã pu su perir ã atmsféria. Este trabalh nsta das seguintes partes: - Analise de trabalhs realizads sbre aqueiment ríti em nveçã frçada; - Desriçã d dispsitiv experimental utilizad; - Apresentaçã ds ensais realizads; " - Análise ds resultads btids; - Cnlusões d estud. 9

10 2. ANALISE BIBLIGRÁFICA 2.1. INTRDUÇÃ Neste apitul estudam-se- s prblemas gerais que surgem n estud ds fenômens rítis, a saber, a eslha de um mdel empíri que rrelaine s dads btids. a analise da influênia de diverss parâmetrs e as ténias experimentais de estud d fenômen. Sã tratads ainda s tips de rise de ebuliçã pssíveis, seu relainament m as diversas nfiguijações de esament e ritéris nrmalmente adtads TIPS DE CRISE DE EBULIÇÃ 0 regime de ebuliçã nuleada é araterizad pel aument d efiiente de tra em relaçã a enntrad n esa jnsnt mnfãsi. Mas prximidades da superfíie aqueidaj II quid superaueid tende a evaprar, lis pnts de nuleaçã, m ranhuras e depressões da superfíie metália, rre a fr maçá de blhas. Este regime pde rrer num mei glbalmente sub resfriad u saturad. M primeir as, as blhas de vapr.frmadas tendem a ndensar a atingir fluíd sub resfriad, enquant n segund as tendem a se agrupar, send esament frmad pr- um núle de vapr envlvid pr uma amada líquida. As evluções das ndições de esament e temperaturas a ln-

11 g d anal aqueid sã mrstradar. na figura , Crise de Ebuliçã Primária í!a rirsa de ebuliçã primaria distinguem-se dis meanisms rr-enpndntes ãs ndições? mediar; de esament, a sei ber, a temperatura média d fluíd abaix u igual a temperatu_ ra de saturaçã na pressã de peraçã (1) (2) Crise de ebuliçã em regime de sub-resfrianent u de baix títul: Este tip rre smente a alts fluxs térmis e, ge_ ralmente, m altas taxas de esament. Cm flux de alr ê elavíil, quand rr a rise de ebuliçã, a temperatura de parede d anal sbe rapidamente, pdend rrer a destruiçã d anal num interval de temp relativamente pequen. Este ti^ -p é também denminad rise de ebuliçã rápida. A nfiguraçã d esament n as da rise de e j ^ çã na regiã de sub-resfriament é teliular, ist é, uma pelí. uia de. vapr adere ã parede interna d anal e núle d s_ ament é" nstituíd de líquid sub-resfriad, m na figura Crise de ebuliçã numa regiã de alt títul: Este tip rre a fluxs de alr relativamente bais e a pequenas vazões. M entant, a velidade da fase gassa pde ser elevada devid ã alta fraçã de vazi. A taxa de a- resim da temperatura n mment da rise de ebuliçã na regiã de alt títul ê bastante inferir aquela que rre em sub-resfriarr.ent. Este tip é também nheid pr rise de e- buliçs lenta. M as da rise de ebuliçã na regiã de alt títul, esament e anular, ist é", núle nsiste de vapr satu rad m gtíulas de líquid dispersas,r uma fina- amada de líquid super aqueid bre as paredes d anal, an na figu ra 2.

12 »iia 2,2.2. Crise tie Ebuliçã Seundar:?a A rise de ebuliçã seundária u pulsante é bservada n nseqüênia de flutuações rpaídas de erts parâmetrs d sistema relainadas a instabilidades hidrdinãmias derrentes de mudanças na estrutura de esament'u de njugaçã das araterístias de arga interna e externa de um iruit térmi (3) C... Tng C relaina fenômen pulsante nsiderand a ins_ tabilidade devid äs nfigurações de esament e ã instabilida de de Ledinegg. A instabilidade devid ãs nfigurações d esament r re na transiçã de um regime de blhas para uin regime anular. C ri a perda da pressã a lng de ún anal aqueid ê menr, h a? de esament anular que semi-anular, a vazã reserá. Se,.a nva geraçã de vapr, rrespndente ã mair vazã de massa fr insufiiente para manter a nfiguraçã anular, haverá um re trn a regime de blhas e il se repete. A instabilidade de Ledinegg rre quand a vazã de massa" e muit pequena e, prtant,. títul e velidade d esament na saída d anal sã elevads. A perda de pressã n anal é, na sua mair parte, devida a esta alta velidade d vapr. Se a va zã aumenta, há ume diminuiçã n títul na saída d anal e n sequente diminuiçã da velidade de esament. A perda de pres sã meça a diminuir até que td flust n.interir d anal é líquid. Cm a velidade d esanent dininui exessivamente, há ris da rrênia de um regime de expulsã, ist é, devid ã elevada prduçã de vapr n interir d anal, líqui d e expuls pr ambas as extremidades d mesm. Se tal nã r rei 1, a velidade d fluíd trna a aumentar e fenômen é íli.

13 iruit pera na interseçã das urvas' A PxG arat_ rístias d sistena de alimentaçã e d anal de esament. Re ferind-se a figura 3, nstata-se que se Ô(AP)/ÕG e psitiva (an a), um aument d flux de massa implia nuna nair pressã n anal que a frneida pel sistema de alimentaçã. Prtant, a vazã diminui e sistema retrna a pnt de "pera çã- iniial. Pr utr lad, se Õ(A'P)/ÔG 5 negativa (as b), 'um aument d flux de massa aarreta uma diminuiçã da pressã n anal e a vazã ntinua a aumentar indefinidamente até atin gir regime de expulsã. Infere-se que a urva araterístia d sistema de alimentaçã deve ser a mais vertial pssível. De ard m ritéri de Ledinegg, sistema que pera na interseçã das urvas araterístias interna (anal) e externa (alimentaçã) é" estável se:. ÒG- ÒG < (2.1) MAYIMGER et ai (5), sem espeifiar tip de dade, bservam que quand flux ríti de alr esta send a tingid em regime pulsante, rrem flutuações na pressã e na vazã ;. -nassa e que este flux ríti é de 20 a 50% inferi.r àquele atingid n as de rise de ebuliçã primária. bservam ainda que fenômen pulsante depende d sub-resfriament na en trada d anal, surgind na regiã de Xg = -0,05 a -0,08. N en tant, quand a razã L/D ê igual a 5 u 10, fenômen desaparee mpletamente, surgind nvamente m maires valres de. L/D. '.. TÜG C relata que Ruddil'. e Lwdermilk detetaram fluxs rítis de alr em regimen de esament instável '(0% inferires àqueles detetads na ausênia de instabilidades h^ drdinâmias.

14 2.3. INFLUENCIA PE PARft.T'ET^.S DK C'^.LE HA CRTSE DE EBULIÇÃ 2.3.1, Efnit ri Suh-Itesfrlanent na Entrada i Canal A temperatura d fluíd refrigerante na entrada d- anal tam efeits insignifiantes sbre as ndições da flux da aqueiment ríti. Beker (6) verifiu, par.a divex'sas pre ses, inlusive de 2,7kgf ICTÍT, que err máxim btid, desprezand-se efeit d sub-resfriament na entrada > era,em ter ns de flux,menr que 1,0% Efeit d flux de Massa Tds s trabalhs analisads indiam um aument d flux riti de alr m aument da vazã. Tng (2) nsta_ tu que este aument é prprinal a G '. Hsve-se ressaltar ainda que a mairia ds pesquisadres (20 nstata que.flux ríti rese m a diminuiçã d títul na saída d anal MÉTDS DE BTENÇÃ DF. FLUX CRÍTIC A rise de ebuliçã pde ser atingida de várias maneiras: aumentand-se a ptênia frneida ã seçã de testes, di minu.ind-se flux de massa n anal de esament u aumentand-se -a-temperatura de entrada d fluíd refrigerante, mantend-se, nstantes tds's utrs parâmetrs em ada as. Estes presss fram utilizads pels pesquisadras, send ase Curtiud et ai (8) aumentaram a temperatura d fluíd na entra da d anal, Beker (10) diminuiu flux de massa, Lafay - Chevrier (7) e Kayinger (-5) aumentaram a ptênia frneida ã seçã de testes até ser atingid fenômen ríti. s pesqui. sadres sã unânimes na nstataçã de que press utilizad iv-i influi n valr d flux ríti dr? alr.

15 2.S. MÉTDS F.yPK?.I M F';TA.IS DE D A deteçã da rise de ebuliçã nsiste na verifiaçã de eme a temperatura de parede d anal de esament sfre va riaçss de grande amplitude. ' < 0 press mais sinples nsiste na deteçã visual. Lafay e Chevrier (7) utilizaram este press nã island ter núanente anal de esament, para failitar a visualizaçã d fenômen. bserva-se, neste as, avermelhament d metal. A utilizaçã deste press^ n as de rise de ebuliçã rápida, aarreta ris de destruiçã d anal de esament. utr press de deteçã nsiste na mparaçã da re sistêniei elétria de dis segments da seçã de testes. Este 'métd fi utilizad pr Beker (10) na deteçã d flux erátjl. pr Mayinger et ai (5) r rn um dispsitiv de segurança, N instante da rise de ebuliçã, a resistênia elétria d sen ment superir rese devid aó aument de temperatura de pare_ de d «anal de esament. Uma pnte de Wheatstne previamente alibrada, fia entã desequilibrada é sinal rrespndente é amplifiad, ainand um relê de ntat nrmalmente abert,. Quand um valr pre-seleinad d sinal é atingid, este ntat feha-se perand uri dispsitiv rta iruit de açã rápida que elimina frneiment de ptênia elétria. Um tereir press de deteçã da rise de ebuliçã nsiste na bservaçã direta da temperatura de parede utilizar», d-se um"registradr d sinal frneid pr ternpares sldads na superfíie externa d anal de esament. A ptênia létria é desligada lg que rren variações de temperatura de amplitude tal que araterizem iníi da rise de ebuliçã, ''ayinger et ai (5) utilizaram este press de deteçã de flux ríti de alr.

16 2.6. TIPS DE CRRELAÇÕES Examinand-se s resultads experimentais btids pr diverss pesquisadres, em flux térai unifrme, nstata-pe que geralmente s parâmetrs desritivs ds fenômens rítis utilizads sã parâmetrs perainais d sistema. Tais p râmatrs sã: a entalpia na entrada, títul na saída, n priment d anal, diâmetr equivalente, flux de massa, a pressã e - flux ríti de alr. çã: Pde-se, pis, relainar estes parâmetrs pela equa- (2.2) A equaçã.da energia n as ríti é dada pr: (2.3) Utilizand-se a equaçã (2.3), elimina-se uma variável na equaçã (2.2). Cnfrme a variável eliminada, tem-se dis tips de rrelações: segund as variáveis d sistema u segun_ d as variáveis lais (2). 0 primeir tip interpreta fisiamente fenômen supnd que fluíd refrigerante pssui mem ria, ist é, reflete n pnt ríti as influênias que sfreu a mntante n anal. 0 segund tip supõe que fenômen ríti depende smente de ndições lais. Nas rrelações segund as variáveis d sistema, flu x ríti de alr u títul na saída sã as variáveis dependentes. A entalpia na entrada, a vazã de massa, diâmetr equivalente, mpriment d anal e a pressã d sistema sã as variáveis indeendentes.

17 10 1 Nas rrelações segund as variáveis lais, a variável dependente, e sempre flux ríti. As variáveis independentes nã a r.talpia lal, flux de massa, diânetr equivalente e a pressã. 2.7". CRRELAÇÕES SBRE CRISE DE EBULIÇÃ Apresentam-se abaix, rrelações estabeleidas m fai_ xas de variaçã ds parâmetrs análga äs utilizadas neste t-rabalh. 2.7,1. C. relaçã deft.iasiet ai A rrelaçã prpsta pr Biasi et ai (9) nsiste de três retas n plan 7 Xs A primeira reta e definida pela equaçã:. i 100 ' Y '^^ 5^ 1 /-</& (válida para baix títul) (2.4) A segunda reta é dada pr: <j> = 3 ff^i icp^p - Xs 1 (válida para alt títul ) (2.5) send < = 0 th para D.^- 1 f>( = 0,6 para D < 1 Cm nã pssível, "a prióri", dividir a faixa de validade destas duas retas, para efeit de prjet, deve-se adtar flu x m valr nais alt ds dis btids pela interseçã de (2. 1 e (2.5) m a equaçã de energia:

18 F ii (2.6) As funções Y(P) e h(p) sã dadas pr: Y(P) = 0, ,0G9 x P x e U > (2-7) h(p) = 1,159 +,!«x P x e- ' + 8 ' (2.8) d validade: A rrelaçã de L. Biasi é apliável na seguinte faixa 0,3 m ^ D <J[ 3,7 5 m 20 m ^ L < 600 m 2,7 ata <P<1H ata 10 gr/m 2.s ^R^G gr i /m 2.s X e <0!_ + n/p* <x s<i Além destas restrições, deve-se bservar que para G <30 Rr/m 2.s deve ser usada smente a* equaçã (2.5) Crrelaçã de Beker-Perssn (6) (11) 1 1 ) Esta rrelaçã fi derivada supnd-se que as ndições d fenôren ríti eran funções smente ds valres lais d flux térmi, pressã, flux de massa etítul. Prtant: (2.9)

19 nde B = [0:98 ^ g+itj" 0^L 1 ~(f-n s >x (êí) e = (P) b = b(p) (2.11) A sluçã btida das equações (2.9), (2.10) e (2.11) d ve satisfazer também a equaçã de balanç A-L (2.12) Pela equaçã (2.12) fia,evidente que existe uma influênia indireta sbre fensmen ríti pr parte da sub-satura_ çã d fluíd na entrada d anal, d mpriment'd anal e d seu diâmetr. Psterirmente, verifiu-se que esta influênia era insignifiante, exet efeit d diâmetr, e intrduziu- -se um fatr de rreçã K. Empiriamente determinu-se, b e K. = (P) =: -0,385xl0-6 xp 3 +2,1867xl0" lt xp 2-2,1182xl0~ :? xp+0,5913 b = b(p)=: 1,0677-0,6688xl0" 6 xp 3 +0,199xl0~ 3 xp 2-0,02184xP+l,0876 K = K("d)=í 0,9+0,29xe~ U>25(D " 0i5)2.p/ D <1,2 K = K(d) =1,019-0,0U8xD p/ D> 1,2 (2.13) Deste md determina-se ^ e X s pelas equações (2.9), (2.10) e (2.12). 0 valr de (^enntrad 5 nultipliad pel ffi

20 13 tr de rreçã K,para bter-se flux ríti ter/ni real. Substituind esit valr na equaçã de balanç, bten-s x?tul rrespndente X s. de: Esta rrelaçã é apliável na seguinte faixa de valida_ 12 < G ^ 5U5 g/n.seg 2,7 < P < 101 ata 0^93 < D < 2,H95m U0 < L < 350 m 1(0 < L/D < < X s < 1 X E rrenpndente a 30 <AT Sg <;240 35<<j ) < 686 watt/m 2

21 3. DISPSITIV EXPERIMENTAL 3.1. ' INTRDUÇÃ Meste apítul sã desrits s equipaments utilizads n presente estud, assim m as prinipais araterístias d iruit térmi. Cnstam de um iruit hidráuli, seçã de testes, sistema de deteçã de aqueiment ríti, iruit elétri de alimentaçã da seçã de testes e instruments de medidas utilizads n iruit CIRCUIT HIDRÁULIC 0 fluxgrama d iruit hidráuli utilizad nas experiênias é mstrad na fig. U. Cnsta essenialmente de uma aixa d'á gua, m apaidade de 1500 litrs, uma bmba entrífuga, um medi dr de vazã, um pré-aqueedr, a seçã de testes, um visr na saída da seçã de testes e um ndensadr r'e mistura. Na figura 5 apresenta-se ftgrafia deste iruit. A aixa d'água, em aç inxidável, é alimentada m água

22 1 filtrada e dsmir.ralizada, uja resistividade é sup-arir ai TL. X m. M A irulaçã da água n iruit é" mantida pr> uma bmba Albrizzi Petry,. mdel Alfa 25, tip 2039, njugada m um ejetr 11 PA, ambs em aç inxidável. 0 mtr desta bmba, de '2 HP, permite atingir uma pressã manmetria de 55 m..a. e uma vazã <?^ 22 litrs pr minut. A jusante da bmba, iruit divide-se em dis rams. Um ram é" utilizad para injetar água a temperatura ambiente num ' pnt situad 23 m aima d visr, de md que, td vapr frmad na seçã de testes seja rendensad. H utr ram estã instalads um rtâmetr, pré-aqueedr, a seçã de testes e um visr. 0 pré-aqueedr tem uma ptênia igual a 9 kw e permite regular a temperatura d fluíd na entrada da seçã de testes. 0 visr, nstituíd de um tub de pirex de 5 m de altura e l,3m de diâmetr inxern, lalizad a 7 m da extremidade superir da seçã de testes, permite a bservaçã visual da nfiguraçã d esament. A vazá na seçã de testes, n ram d ndensadr e a pres_ sã de peraçã d iruit sã reguladas pr mei de três válvulas "DX". Após a rendensaça d vapr frmad na seçã de testes, a água retrna a reservatóri SEÇfi DE TESTES.. - Nas figuras 6 e 7 sã mstrads desenh da seçã utilizada e a ftgrafia da mntagem, respetivamente. A seçã de testes é nstituída de um tub de seçã irular, de aç inxidável "Hikrthal-UR",. fabriad pela Kanthai e tend as seguintes dimensões:

23 1 mpriment ttal: mpriment aqueid: mpriment de tranquilizaçã: diâmetr intern: diâmetr extern: 126,5 m 100 m 2't m 0,68 m 0,'.80 m A extremidade superir da seçã de testes é fixada pr mei de uma peça rsqueada num flange. Este é/, pr sua vez, is lad térmia e eletriamente de um segund flange fixad ä estrutura de sustentaçã, pr um dis de tefln, nfrme mstra a figura 6. A extremidade inferir da seçã de tes.tes.é islada d mesm md, mas segund flange nã é fixad a estrutura. Um -tub rsquead na parte inferir deste flange é livre de deslar vertialmente através de um rifíi na estrutura. Quatr mlas, dispstas simetriamente, mantêm a seçã de testes sempre sb traçã, evitand flambagem pr efeit de dilataçã térmia. 3.U. CIRCUIT ELÉTRIC DE ALIHEÜTAÇÃ DA SEÇÃ DE TESTES A seçã de testes fi aqueida pr efeit Jule, utilizand-se iruit elétri da figura 8. 0 retifiadr de 11,5 KVA alimenta a seçã de testes em rrente ntínua frneend 28,75 V -»400 A IHSTRUHEHTACA E 3/5.1«Medidas de Vazã As medidas de vazã na seçã de testes fram feitas utilizand-se um rtãmetr Lamda, da mel, d tip de área variável, m esala graduada de 30 a 300 l/h. 0 ajuste da vazã é feit atuand-se numa válvula "DX" situada a mntante d rtãmetr.

24 Medidas d Pressã Pressões estátias fr in medidas a mntante e a jusante da bmba, e nas extremidades da seçã de testes. Fram utiliza ds mansmetrs tip Burdn m esalas de 0 a 3 k^f/m* e' 0 a \ 6 kgf/m, respetivamente Medidas de Ptênia Elétria A ptêrs^pfçlissipada na seçã de testes fi determinada* raedind-se a tensã apliada n anal de esament. Send nheida a resistiyidade elétria d mesn ã temperatura de. tra balh, tem-se: A (3.1) litilizu-se um vltímetr alibrad m respstas RMS, da Hewlett-Pakard, tend uma preisã da rdem de 1% Medidas de Temperatura As temperaturas d fluid na entrada e saída da seçã de testes fram medidas utilizand-se termpares d tip Ferr- Cnstantan. Dis tubs de aç inxidável intrduzids até eix d esament aljaram s termpares. Estes fram islads térmia e eletriamente pr ilindrs de tefln, de md que suas extremidades fiaram a pus milímetrs ds tubs de açi, Uma pasta de siline, exelente ndutra térmia e islante elétri, preenheu vazi entre as extremidades ds termpares e as paredes ds tubs. Ma parede externa d anal de esament fram sldads lgtriaraentg it termpares d tip Ferr-Cnstantan e um ter rpar d tip Crmsl-Alumel, nfrms esqumatizad na figura 9

25 e mstrad na figura 7. Cin ternpares Fe-C frneem sinal par>a detetr da aqueiment ríti e s restantes sã utilizads para ampanhar a evluçã de temperatura de parede. ' \ As temperaturas d fluíd fram registradas;' utilizand- -se um registradr Hneywell de dis anais mdel n? Y153Q2846. As temperaturas de parede da seçã de testes fiçam re-. gistradas pr dis registr^adres Hewlett-Pakard mdel n9 7100BH de dis anais. N primeir registradr, um anal utiliza um módul de temperatura.mdel 17502A, para ternpar FG-C0> e utr para termpar Crmel-Alumel. M segund registradr um mdul de mv mdel 17500A registra sinal de um termpar Fe-C e utr mdul registra a tensã apliada na seçã de testes Detetr de Aqueiment Críti Para prteçã da seçã de testes, fram utilizads in termpares eletriamente sldads na sua parede externa, apla_ ds a -sistema de deteçã de aqueiment.ríti da figura iruit, tip nparadr, nsta de um prê-amplifiadrj araplifiadr, interruptr, alimentaçã d pré-amplifiadr p. amplifiadr, e de um element de referênia para prê-ampli fiadr. fi primeir estági, ê injetad sinal d termpar e uma tensã de referênia ajustável. 0 sinal frneid pel ter-, mpar e da rdem de mv e para que a diferença entre este sinal e a'.tensã de referênia seja apaz de ainar um relê de desli gament, utilizu-se um amplifiadr perainal de ganh igual a '!50Q0 em malha aberta. 0 sinal de desligament é nvamente am plifiçad n segund estági. Se sinal frneid pel termpar ultrapassar a tensã de referênia, um transistr na saída

26 d segund estagi entra em nduçã ener^i^and a bbina d re_ lê que atua num ntat lxga-desliga. Dest md, se a temperatura de parede da seçã de tstes ultrapassar um valr pró"-f.ixa_ d, a tensã de alimentaçã da seçã de testes ai para zer.

27 4. ESTUD EXPERIMENTAL U.I. INTRDUÇÃ Neste apítul sã desritas as preauções tmadas m a finalidade de bter-se resultads s mais nfiáveis, medidas adtadas para a timizaçã das araterístias d -iruit, desriçã ds uma experiênia típia- e apresentads s resultads btids CNDIÇÕES EXPERIMENTAIS A pressã na saída fi mantida nstante e igual a 2,7 kgf/ /m 2, utilizand-se um manmetr situad a jusante d visr. Para mair preisã, bservu-se registr da temperatura de saturaçã d fluíd (130 C) na saída da seçã de testes, mantend-a n valr rrespndente ã pressã nminal. 0 flux de massa e a temperatura d fluíd na entrada dá seçã de testes fram s parâmetrs variads, dentr das seguintes faixas: G: 18,4 a 38,9' g/m 2.s TE: 2 0 a fí C

28 Evitu-se utilizar temperaturas de entrada mais elevadas, para que títul na entrada da seçã de testes fsse sempre in frir a zer TESTES PRELIMINARES Aferiçã d Medidr da Vazã 0 rtâmetr fi aferid sb ndições de temperatura e pressã de peraçã d iruit, utilizand-se um reipiente alibrad em litrs e efetuand-se medidas de temp. Pr mei desta aferiçã, s valres de flux de massa lids fram rrigids Aferiçã ds Medidres de Pressã Estátia s manômetrs utilizads n iruit fram aferids mparand-se a pressã pr eles indiada m a de um manõrnetr de re ferênia d tip Burdn Aferiçã d Sistema de Medida de Temperatura s termpares e registradres de temperatura fram alibra ds, utilizand-se m pnts de referênia a temperatura de fu sã d gel e a temperatura de ebuliçã da ãgua ä pressã atmsféria, utilizand-se simultaneamente um termômetr de referênia de bulb Aferiçã d Sistema de Determinaçã de Ptênia 0 vltimetr que india a tensã apliada na seçã de testes fi aferid, utilizand-se um segund vultímetr idênti a usad nas experiênias, m preisã de 1%. A resistênia elétria da seçã de testes fi btida atravs de medidas de temperatura da parede externa da seçã de tes

29 te de um gráfi de alibraçã estabeleid sb ndições is triniaa. U.3.5. Regularem d Detetr de Flux Críti de Calr 1 Cin termpares fram eletriaraente sldads num segment de 15 m de um tub idênti a utilizad m seçã de testes e aqueids num frn até atingir a temperatura de H00 C. 0 detetr fi alibrad de md que, atingida esta temperatura, tds s in ntats nrmalmente fehads, abrissem rtand puls de dispar ds retifiadres ntrlads de silíi Teste Hidráuli e Elétri d Ciruit 0 iruit fi testad submetend-se a seçã de testes ã pressã aprximada de 5,5 kgf/m^, de md que a pressã de realque da bmba era em trn de 7,5 kgf/m. Verifiada a estanqueidade d iruit, efetuu-se teste elétri, medind-se a resistênia de islament da seçã de testes, determinand um va lr superir a 200 k.n.. U Balanç Térmi As perdas térmias na seçã de testes pr nveçã natural d ar e radiaçã fram estimadas determinand-se a diferença de temperatura d fluíd, quand a temperatura de entrada era i- gual a 25 C, 54 C, 79 C e em trn de 110 C e extraplada para 130 C, m mstra a figura 11. t.3;8. Deteçã da Crise de Ebuliçã Tend sid verifiad bm mprtament hidráuli d iruit e perfeit islament elétri da seçãde testes, pr eedu-se as testes preliminares de deteçã da rise de ebuliçã.

30 As primeiras experiênias efetuadas indiaram um regime de instabilidade d esament araterizad pr silações da vazã devid ãs elevadas variações de perda de pressã na seçã ds testes quand aqueiment se aprximava d nível ríti. 0 fe_ nõnian ríti bservad rria sempre em regime de expulsã, fat este nfirmad pela bservaçã visual da seçã de testes (avermelhament na ta média d anal) e d registr de tempera_ tura d fluíd na entrada e saída.d anal de esament. Este registr indiava um aument brus na temperatura d fluíd na entrada da seçã de testes n instante d aqueiment ríti,as mesm temp qua a vazã aia para zer. Tng (2) relata que, havend silações em iruits utilizand baixa irulaçã de flu id refrigerante, a perda de pressã n anal pde elevar-se de tal maneira que a velidade d fluíd se anula, pdend mesm rrer temprariamente a inversã d sentid de esament. A nseqüênia de tais instabilidades n reg5.me de esament fi atingir-se valres àa flux ríti de alr extremamente baixs. Para timizar mprtament term-hidráuli d iruit e evitar apareiment d regime de expulsã, fehu-se mpletamente a válvula n ram de derivaçã da bmba. A válvula de ntrle da vazã n ram da ndensaçã fi também fehada, de md que a pressã na,saída da bmba fsse a mais elevada pssível e a vazã utilizada para ndensar 'vapr na saída da. seçã de testes era a estritamente neessária. Uma válvula d tip de agulha fi lada a mntante d rtãmetr, permitind um a- juste mais fin da vazã de massa na seçã de testes e uma mair perda de pressã que a válvula de PVC anterirmente utilizada. A nseqüênia da adçã destas medidas fi um aument na perda de arga externa d iruit, fazend m que sua araterístia pressã-vazã se trnasse mais vertial. Finalmente,- evi^ tu-se um vlume mpressível de ar n pré-aqueedr, land- -se uma válvula na sua parte superir. Antes de ada medida, es_ ta válvula era aberta, eliminand ar armazenad pel esvazia-

31 mnt d iruit u degasifiaçã da água. Nvas experiênias fram feitas e, apesar de nã se ter nseguid eliminar mpletamente a silaçã da vazã quand flux de alr se aprxima va d nível ríti, regime de expulsã fi mpletamente eliminad. As instabilidades que persistiram fram atribuídas a pres sença de um vlume mpressível de vapr na saída da seçã de testes, prvand variações de pressã quand se estava aprximand d fenômen, ríti. Tais variações de pressã induziam s_ ilaçes de vazã, devid ã araterístia perda de pressã-vazã da bmba nã ser mais vertial d que era de se desejar. M-.ij. Desriçã de'uma Experiênia Típia Iniialmente, a bmba que alimenta iruit ê ligada e a tuand-se na válvula, a mntante d rtãmetr, é fixada a vazã desejada na seçã de testes. Feha-se, era seguida, a válvula I aliaada após anal de esament até que seja atingida a pre sã de 2,7 kgf/m* na sua saída. Fehand-se esta válvula, a per da de arga interna d iruit aumenta, lg a vazã anterirmente fixada diminui. Através de reajustes suessivs da vazã, da pressã na seçã de testes e da vazã neessária ã ndensaçã d vapr frmad, hega-se as valres desejads. A seguir,ó ar armazenad n pré-aqueedr é eliminad abrind-se a válvula lalizada na sua extremidade superir. Este é" entã ligad e a temperatura d fluíd na entrada da seçã de testes é ajustada n valr desejad. Após um interval de temp neessári ã sua estabilizaçã,- é ligad retifiadr, apliand-se a tensã na seçã de testes. Esta tensã é aumentada gradativamente e assim que esament passa a ser em duas fases, fat que é bservad através d visr, prede-se a nvs ajustes da pressã e vazã n anal de esament. 0 registr da temperatura d fluíd na saída permite uma determinaçã preisa da pressã. Assim que é atingida a temperatura de saturaçã d refrigerante, rrespndente ã pressã desejada, aumenta-se lentamente a tensã até que a silaçã da temperatura de parede d anal ause iníi d