Estudo teórico e experimental da vibração induzida por escoamentos bifásicos externos a banco de tubos

Resumo

Estima-se que mais da metade dos trocadores de calor do tipo casco e tubo na indústria operem em condições de escoamento bifásico no lado do casco, entretanto o número de publicações e pesquisas envolvendo escoamento externo é reduzido se comparado com o escoamento interno a tubos. A vibração induzida por escoamento em banco de tubos de trocadores de calor é problema de elevada relevância para os projetistas, podendo implicar em redução da vida útil do equipamento devido à fadiga ou desgaste por atrito, assim como pode implicar em falha do equipamento com número reduzido de horas de uso para o caso de vibrações induzidas por instabilidades fluido-elásticas. Durante escoamentos bifásicos os carregamentos hidrodinâmicos são em geral mais severos do que os verificados para condições monofásicas devido à interação dos tubos com a topologia de distribuição das fases. Assim, caracteriza-se a necessidade da realização de estudos que investiguem concomitantemente o escoamento bifásico e relacionem seus efeitos com as vibrações por ele induzidas nos tubos e na estrutura do trocador de calor. Neste contexto, a presente proposta de pesquisa tem como objetivo principal a análise experimental da vibração induzida por escoamentos bifásicos externos a banco de tubos. Para a realização do estudo será utilizado aparato experimental construído durante a realização do doutorado do candidato a bolsa. Sua pesquisa de doutorado tratou da investigação da perda de pressão, padrões de escoamento e fração de vazio em escoamentos ar-água externos a banco de tubos. Para o projeto proposto pretende-se o levantamento de parâmetros de carregamentos hidrodinâmicos para distintos padrões de escoamento, incluindo frequência e amplitude. Tem-se como objetivo também determinar experimentalmente o amortecimento dinâmico do tubo, uma vez que este é um parâmetro chave na análise dinâmica do sistema. O pós-doutoramento inclui ainda um período de estágio pós-doutoral de seis meses na Universidade de Kobe no Japão sob supervisão do Professor Akio Tomiyama cuja pesquisa envolverá o aprendizado e aplicação de técnicas de PIV tridimensional na determinação do campo de velocidades em banco de tubos. (AU)