[pt] Neste trabalho realizou-se um estudo básico numérico-
experimental, em geometria anular vertical, sobre a
solidificação de um hidrato de sal, cuja mudança de fase se
dá analogamente à de ligas metálicas binárias. O sistema
escolhido foi a substância NH4CL-H2O, e o processo de
solidificação foi estudado em três cavidades, de diferentes
razões de aspecto, usando-se soluções de diferentes
concentrações iniciais. Em todos os experimentos, idênticas
condições inicial e de contorno foram adotadas. Para tal,
foi montado um aparato experimental que permitiu a
visualização do crescimento da estrutura de sólido junto à
parede fria e medições locais de temperatura e
concentração. As concentrações iniciais foram escolhidas
com o intuito de formar uma base de dados experimentais que
descrevesse suficientemente o comportamento do sistema
durante a solidificação, no qual determinados resultados
foram utilizados na comparação com as previsões numéricas.
O problema numérico foi resolvido bidimensionalmente,
utilizando-se o método de volumes finitos e,
analiticamente, foi aplicada às equações de conservação a
técnica de obtenção de valores médios em volume. Além da
comparação efetuada entre os resultados numéricos e
experimentais sobre a evolução temporal das temperaturas e
concentrações, também investigou-se o comportamento da
solidificação. Adicionalmente, foi avaliada a influência da
razão de aspecto, sob a luz da transferência de calor para
a parede fria da cavidade e do crescimento da frente de
solidificação, ao longo do tempo. Na parte experimental foi
desenvolvida uma técnica de medição da concentração,
utilizando-se termopares acoplados a fibras ópticas, que
permitiu medir esta grandeza, simultaneamente, em pontos
escolhidos no domínio, em tempo real, causando mínima
perturbação no meio. / [en] In the present work a basic numerical-experimental study
was carried out, in vertical annular geometry, about the
solidification of a salt hydrate, whose change of phase
takes place similarly to the binary metallic alloys. It was
chosen the NH4CL-H2O binary system, and the solidification
process was studied in three cavities of different aspect
ratios, utilizing solutions of distinct initial
concentrations. In all the experiments, identical initial
and boundary conditions were adopted. For that, an
experimental apparatus was set up to be allowed not only
the visualization of solid structure growth, that attaches
the cold wall, but also local measurements of temperature
and concentration. The initial concentration values were
chosen to provide an experimental data base that depicted
sufficiently the system behavior during the solidification
process, in which part of them were used in the comparison
with numerical predictions. The numerical problem was
solved bi-dimensionally, utilizing the finite volume
method and, analytically, it was applied the averaging
volume technique to the conservation equations. Besides the
comparison between numerical and experimental results about
temperature and concentration transients, it was also
investigated the solidification behavior. Additionally, it
was evaluated both the temporal influence of the aspect
ratio against the heat transfer to the cold wall of the
cavity, and about the solidification front progress.
Further, in the experimental part of this study, it was
developed a technique for the determination of the
concentration in any point of interest, making use of
thermocouples attached to optical fiber sensors, that
allowed to make several measurements simultaneously, in
real time, causing minimal disturbance in the medium.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:2539 |
| Date | 18 April 2002 |
| Creators | CLEYTON SENIOR STAMPA |
| Contributors | SERGIO LEAL BRAGA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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