Análise numérica do coeficiente de perda de carga em escoamento laminares de fluidos pseudoplásticos em elementos de conexão

Abstract

Em vários processos industriais, o transporte de fluidos é feito utilizando-se tubulações e acessórios como válvulas e conexões hidráulicas em conjunto com bombas, ventiladores ou compressores que transferem energia mecânica para a substância. Entretanto, devido à variação da geometria de fluxo e ao atrito gerado nesses acessórios, ocorrem perdas de energia, que podem ser observadas na forma de queda de pressão no escoamento, implicando na perda de carga localizada. Esse fenômeno pode ser expresso através do coeficiente de perda de carga localizada que depende, em geral, do número de Reynolds, da geometria do componente e do tipo de fluido, para escoamentos laminares. Para fluidos newtonianos, essa perda de carga pode ser estimada com certa facilidade a partir de dados encontrados na literatura. No entanto, no caso de fluidos não newtonianos, poucos são os trabalhos que avaliam esse parâmetro, apesar de serem comumente empregados ou produzidos em processos industriais de diferentes segmentos, entre eles, alimentício (emulsões e polpas de frutas), farmacêutico (medicamentos e creme dental), de cosméticos (cremes e esmaltes) e petroquímico (fluidos de perfuração e petróleo). A fim de caracterizar essa classe de fluidos geralmente é utilizado o modelo reológico Power-Law, porém, seu escoamento em regime laminar, típico em transporte de fluidos viscosos, ainda demanda maiores estudos. Em virtude disso, o presente trabalho analisou a influência do número de Reynolds e do índice de comportamento (índice Power-Law) sobre o coeficiente de perda de carga localizada, em escoamentos laminares através de acessórios usualmente encontrados em processos industriais. Com intuito de gerar equações para auxiliar a estimativa da perda de carga localizada nesses elementos, analisou-se numericamente com o auxílio da Dinâmica dos Fluidos Computacional por meio do aplicativo ANSYS CFX® 16.0. Os resultados evidenciam a influência do índice Power-Law e de parâmetros físicos como o ângulo e raio de curvatura ou a presença de quinas vivas nos acessórios na perda de carga localizada, bem como contribuem para o desenvolvimento e projeto de instalações de bombeamento.