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

Processo: 19/22105-5
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de abril de 2020
Vigência (Término): 31 de outubro de 2022
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
Pesquisador responsável:Gherhardt Ribatski
Beneficiário:Daniel Borba Marchetto
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:16/09509-1 - Processos de transferência de calor com mudança de fase de elevado desempenho aplicados ao aproveitamento de energia solar, AP.TEM
Assunto(s):Escoamento bifásico   Escoamento monofásico   Ebulição convectiva   Transferência de calor   Fluidos refrigerantes   Ciclo Rankine orgânico

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)