Estudo da ebulição convectiva de fluidos quase-críticos visando sua aplicação em ciclos Rankine orgânicos

Resumo

O Ciclo Rankine Orgânico (CRO) apresenta potencial de aplicação em operações que envolvem rejeição de calor remanescente de processos e no aproveitamento de energia solar. Assim como nas bombas de calor, em determinadas aplicações, o Ciclo de Rankine Orgânico pode operar em pressões de evaporação próximas ao ponto crítico termodinâmico. Entretanto, apesar do crescente interesse em tais aplicações, estudos envolvendo a perda de pressão e a transferência de calor em condições de ebulição convectiva no interior de dutos são em geral baseados em resultados para temperaturas e pressões de saturação reduzidas, típicas de aplicações em refrigeração e mais recentemente de resfriamento de componentes eletrônicos. Na proximidade do ponto crítico, as propriedades termodinâmicas e de transporte apresentam valores e comportamentos distintos daqueles observados em pressões inferiores, afetando, de forma drástica, o comportamento termo-hidráulico do fluido durante a evaporação. A partir da literatura, ao contrário de fluidos supercríticos para os quais encontra-se disponível um número elevado de publicações, nota-se uma escassez de estudos experimentais envolvendo a ebulição convectiva em pressões quase-críticas no interior de minicanais, sendo que a maior parcela dos trabalhos utiliza água ou dióxido de carbono como fluidos de trabalho. Neste contexto, a presente proposta trata do levantamento experimental de um banco de dados extenso para padrões de escoamento, perda de pressão e coeficiente de transferência de calor envolvendo a ebulição convectiva e o escoamento monofásico dos fluidos refrigerantes R245fa, e HFOs R1336mzz(Z) e R1233ze(E) em canais de reduzido diâmetro para diferentes inclinações. Com base nestes resultados, o desempenho termo-hidráulico da ebulição convectiva e do escoamento monofásico em condições próximas ao ponto crítico será parametricamente analisado. Além disso, métodos de previsão da perda de pressão, do coeficiente de transferência de calor e do fluxo crítico presentes na literatura serão avaliados para estas condições experimentais e caso haja necessidade serão desenvolvidos novos métodos que possam ser utilizados como ferramentas de projeto e otimização de trocadores de calor. (AU)