AVALIAÇÃO NUMÉRICA FLUIDO-ESTRUTURAL DA EFICIÊNCIA DE DISPOSITIVO ATENUADOR DE FLUXO REATIVO MEDIANTE VARIAÇÕES DO MÓDULO DE ELASTICIDADE

Abstract

Em várias situações industriais, bombas de deslocamento positivo são empregadas para mover fluidos com alta viscosidade ou ao longo de longas distâncias. Nessas bombas, o líquido recebe energia de pressão por meio do movimento de um pistão ou diafragma, resultando em fluxos de descarga pulsantes, o que pode causar problemas de vibração e desgaste no sistema de tubulação. Para resolver esse inconveniente, são utilizados dispositivos chamados atenuadores de fluxo, que operam absorvendo e restituindo energia para promover estabilidade nos fluxos pulsantes e mitigar os efeitos causados pelas bombas de deslocamento positivo. Entre os atenuadores disponíveis no mercado, os modelos que utilizam um fluido gasoso são os mais comumente utilizados. No entanto, esses modelos dependem de parâmetros termodinâmicos que podem inviabilizar sua utilização em certas atividades industriais. Portanto, este estudo tem como objetivo contribuir para o desenvolvimento de atenuadores que operam por meio de uma estrutura elástica. Foi analisada numericamente a influência da variação do módulo de elasticidade de 1 a 5 MPa, com intervalo de 1 MPa, na eficiência de atenuação. Para realizar as análises, foi utilizado um modelo tridimensional de interação fluido-estrutura implementado no software comercial Ansys® Workbench 2020 R1. As simulações foram realizadas em duas etapas, com dois solucionadores diferentes: um para a análise estrutural, baseado no método dos elementos finitos (FEM), e outro para o cálculo da dinâmica dos fluidos computacional (CFD). Juntos, esses solucionadores modelaram o escoamento turbulento de água com um Reynolds médio igual 3820 através de uma estrutura cilíndrica deformável com 400 mm de comprimento, 34,92 mm de diâmetro e 1 mm de espessura. Os resultados da pesquisa demonstram que a redução do módulo de elasticidade do material utilizado como meio contínuo deformável no atenuador aumenta a capacidade de absorção e restituição de energia, resultando em um maior nível de atenuação. Os melhores resultados foram obtidos para o caso de 1 MPa, que apresentou um nível de atenuação próximo a 77% da vazão de entrada. Esse valor corresponde a um aumento de 37% na atenuação em comparação com o caso de 5 MPa. Esses resultados têm implicações importantes no desenvolvimento científico de um modelo de atenuador que possa operar sem a necessidade de carga de gás, mas que ainda sim possa reduzir a demanda de manutenções periódicas.