Desenvolvimento e avaliação de plataforma com controle de vibração para ensaios de escoamentos bifásicos

Abstract

Este projeto foi desenvolvido com a finalidade de avaliar experimentalmente metodologias empíricas apresentadas ao longo do curso de graduação, envolvendo conceitos de áreas como vibração, termociências e mecânica dos fluidos. Este trabalho de conclusão de curso foi idealizado a partir da construção e desenvolvimento de uma plataforma, na qual é aplicada uma vibração externa forçada a um escoamento horizontal bifásico ar-água interno a uma tubulação com diâmetro interno de 6,6 mm e 10,0 mm. A construção da plataforma possui peças usinadas nos laboratórios da Universidade Federal Fluminense e perfis estruturais e equipamentos comerciais adquiridos para exercer a função desejada no projeto. Para a validação da metodologia utilizada, foram realizados experimentos utilizando escoamento monofásico mediante comparação de resultados experimentais e estimativas teóricas. Após a verificação da metodologia, foram realizados experimentos com escoamentos bifásicos de água e ar, no qual definiu-se previamente um modelo teórico de referência para verificação da perda de pressão, exposta a diferentes frequências de vibração forçada ou em sua ausência, e também variando as vazões das fases, o que implica na variação das velocidades superficiais das fases, para o tubo com diâmetro interno 6,6 mm na faixa entre 0,14 m/s e 0,18 m/s para a velocidade superficial da fase líquida e entre 0,02 m/s a 0,33 m/s, para a velocidade superficial da fase gasosa, já para o tubo com diâmetro interno 10,0 mm, a variação foi na faixa entre 0,05 m/s e 0,35 m/s para a velocidade superficial da fase líquida e entre 0,04 m/s a 0,45 m/s para a velocidade superficial da fase gasosa. Baseando-se no conceito de fração de vazio segundo o modelo homogêneo. Os resultados apresentados apontam para uma tendência de coalescência das bolhas de ar com o aumento da frequência, acarretando em alguns casos a transição do padrão de escoamento. Por outro lado, os resultados das perdas de pressão se distanciaram em alguns pontos de análise do resultado previsto por Lockhart e Martinelli devido à influência de erros tanto de projeto quanto de equipamentos, bem como em eventual distinção das condições operacionais deste estudo e dos utilizados no desenvolvimento do modelo. Por fim, vale destacar a validação da metodologia e possível aplicação em futuros projetos, assim como a verificação do impacto da vibração no padrão de escoamento. Portanto há a oportunidade de melhorar os erros destacados no projeto e assim obter resultados mais satisfatórios para a perda de pressão e aprofundamento dos reais efeitos da alteração do padrão de escoamento