Uma correlação semi-empírica para a densidade da geada

Abstract

Resumo: Os modelos computacionais empregados para prever a taxa de crescimento de uma camada de geada ao longo do tempo dependem de correlações empíricas acerca da densidade do meio poroso formado por cristais de gelo e ar úmido, as quais se restringem à condições específicas de operação que, por sua vez, afetam as características morfológicas da geada. A análise da literatura deixa evidente a falta de uma correlação de base física para a densidade da geada, que possa ser usada em diferentes aplicações, onde as condições de operação são diferentes. Neste contexto, o presente trabalho apresenta um estudo experimental dos processos de crescimento e adensamento de geada em canais formados por placas paralelas isotérmicas. Para tanto, foi especialmente projetado e construído um aparato experimental, que consiste em um túnel de vento fechado, em que a condição do ar na entrada do canal e as temperaturas das superfícies da seção de testes são rigorosamente controladas. Um sistema de aquisição de imagens foi empregado para medir a evolução da espessura da geada ao longo do tempo, enquanto uma balança de precisão foi utilizada, ao final do teste, para medir a massa de geada depositada. Foram realizados 20 ensaios experimentais a fim de avaliar tanto os efeitos individuais quanto os efeitos simultâneos dos parâmetros-chave que afetam o adensamento e o crescimento da geada. Com base em uma análise teórica, realizada com o intuito de identificar as escalas do problema, foi proposta uma equação evolutiva para a porosidade da geada que deu origem à uma correlação semi-empírica para a densidade do meio poroso, que depende não só do tempo, mas também de um grupamento adimensional baseado no número de Jakob. Quando comparada com os dados experimentais, a correlação proposta foi capaz de prever aproximadamente 90% dos dados com erros na faixa de ±15%.