permeação
Foi verificado na literatura a existência de estudos de permeabilidade de membranas e cujo coeficiente de permeabilidade tivesse sido determinado de forma a auxiliar a selecção do elemento de permeação, a utilizar na concepção das fugas.
Consequentemente e na ausência deste tipo de informação foram efectuados ensaios a diversas membranas para se determinar o respectivo coeficiente.
74
Foi utilizado um sistema de medição de microfluxos já descrito no capítulo 2 (Determinação da permeabilidade de membranas pelo método VΔp). Na Figura 4.6 encontra-se ilustrado um esquema de montagem para determinar o coeficiente de permeabilidade ao R134a das diversas membranas.
Figura 4.6 – Esquema de montagem de medição de microfluxos, utilizando o método de subida de pressão, para determinação do coeficiente de permeabilidade ao R134a de membranas.
As membranas de teste foram colocadas num porta-amostras que foi construído especialmente para o efeito. As amostras eram colocadas entre dois discos de inox, que vedavam por o-ring através de aperto. No interior do porta-amostras existiam pequenos canais que permitiam a passagem de um fluido de refrigeração que se encontrava ligado a um banho de água, proporcionando uma estabilidade térmica superior. As membranas de teste foram cortadas com um diâmetro de 6,2 cm. Contudo, o diâmetro da área permeada foi de aproximadamente 4,0 cm. As amostras durante os testes eram sujeitas a consideráveis gradientes de pressão e corriam o risco de sofrer deformações ou até rebentamento. Para minimizar esse efeito, foram colocados dois discos de inox com pequenos furos, entre as amostras.
A peça era ligada ao restante sistema por tubo de inox de 1/4' (zona superior) e na parte inferior foi soldada uma flange CF25 para facilitar a ligação aos restantes componentes. Na Figura 4.7 encontra- se uma imagem do referido suporte.
Bomba rotativa
Medidor de pressão Medidor de pressão para controlo de entrada de R134a V2 V1 V3 Porta-amostras com a membrana a ensaiar Gás de teste
75
O porta-amostras foi ligado ao restante sistema de teste e de seguida, verificou-se a estanquidade do mesmo. Depois de se averiguarem a inexistência de fugas em todo o sistema, a zona superior que estava ligada ao topo do porta-amostras, foi bombeada durante alguns minutos.
Figura 4.7 – Porta-amostras utilizado nos ensaios para determinar o coeficiente de permeabilidade das membranas a R134a. No interior do porta-amostras encontrava-se um circuito de refrigeração de forma a controlar e minimizar as variações da temperatura.
Depois de se atingir a pressão pretendida, a válvula 1 foi fechada isolando o sistema do bombeamento primário; de seguida abria-se com cuidado a válvula de agulha 2 para que o R134a entrasse em contacto com a amostra. A pressão de teste foi controlada por um manómetro capacitivo (baratrão de 5 bar MKS). Se a pressão de gás fosse acima do valor desejado, podia-se utilizar a válvula 1 para se ajustar para o valor pretendido.
A zona posterior do porta-amostras encontrava-se à pressão atmosférica já que se pretendia estudar o coeficiente de permeabilidade nas condições a que a membrana estará sujeita na realidade. A pressão nesta zona é monitorizada através da utilização de um manómetro capacitivo de alta exactidão (Baratrão de 1000 Torr 690A da MKS), durante alguns minutos de forma a verificar-se uma subida de pressão com declive constante.
A temperatura do sistema era controlada através do banho térmico. A temperatura era monitorizada através de 3 termopares colocados no sistema: um na parte superior, outro na zona do porta-amostras e o último na zona posterior. Tipicamente, a uniformidade registada pelos três termopares, ao longo de todo o sistema, era inferior a 1ºC.
Como já foi referido anteriormente, várias membranas poliméricas foram ensaiadas de forma a obterem-se os coeficientes de permeabilidade. Na Tabela 4.4 encontra-se não só a descrição das membranas utilizadas como o resultado dos coeficientes de permeabilidade obtidos.
76
Tabela 4.4 – Resultados preliminares, dos coeficientes de permeabilidade ao R134a para diversas membranas testadas a uma temperatura média de 23ºC.
Material Fornecedor/fabricante Espessura
(mm) 𝑑𝑝 𝑑𝑡 (mbar.s-1) Pe (mol/(Pa.m.s)) qteórico fuga de R134a (g/ano
Silicone branco RS Amidata (Espanha) 1,50 1.16E-01 8.0E-13 3.1 Silicone transparente RS Amidata (Espanha) 2,00 1.08E-01 8.0E-13 1.6 MVQ Hidralveda (Portugal) 0,50 3.14E-01 2.2E-12 - MVQ Hidralveda (Portugal) 1,00 2.12E-01 7.71E-13 4.5 Poliuretano Flexocol (Portugal) 1,25 Não detectável - - Teflon RS Amidata (Espanha) 1,00 Não detectável - - Teflon RS Amidata (Espanha) 0,50 Não detectável - - Teflon RS Amidata (Espanha) 0,30 Não detectável - - Teflon RS Amidata (Espanha) 0,10 Não detectável - - Arlon B Arlon (E.U.A) 1,25 8.08E-02 4.0E-12 16.2 Neoprene RS Amidata (Espanha) 1,65 Não detectável - - Nitrilo RS Amidata (Espanha) 1,40 Não detectável - -
Observando os resultados da tabela, a primeira conclusão que se pode retirar, relaciona o facto de algumas membranas testadas possuírem permeabilidades tão baixas ao R134a que não foi detectada qualquer subida de pressão ao fim de duas horas. Por outro lado, verificou-se que a membrana de MVQ com espessura de 0,5 mm não suportou em alguns dos ensaios o gradiente de pressão a que foi sujeito e que por isso não poderia ser utilizada na produção das fugas.
Com os resultados de coeficientes de permeação obtidos experimentalmente, calculou-se teoricamente, a quanto corresponderia uma fuga de R134a cuja área de permeação fosse estabelecida por um diâmetro de 2 mm, a uma temperatura de 23ºC.
Na última coluna da tabela apresentam-se os valores teóricos das taxas de fuga de R134a utilizando as membranas ensaiadas, assumindo que o diâmetro do furo, que define a área de permeação, seria de 2 mm (para tentar obter fugas com os valores mais próximos de 5g/ano). Para algumas membranas seria necessário considerar-se um furo de maiores dimensões o que poderia ser um problema já que quanto maior era o furo maior seria a tendência da membrana ficar danificada devido ao gradiente de pressão sujeito. No caso do Arlon B, a permeabilidade verificada é muito acima do valor que se pretende e portanto também seria uma escolha pouco apropriada.
77
Após esta abordagem preliminar, decidiu-se utilizar a membrana de MVQ de 1 mm de espessura, como elemento de permeação, na construção das fugas de R134a. A caracterização deste silicone foi obtida de forma mais pormenorizada e os resultados inerentes a essa caracterização encontram-se descritos nas secções seguintes.