Partículas transportadas pneumaticamente são comumente responsáveis por desencadear \no processo de erosão por impactos na parede. Esses impactos resultam da interação \nfluido-partícula e a compreensão de seus mecanismos é a chave para mitigar os danos \ncausados pela erosão em aplicações de engenharia. Em geral, a erosão causada por impacto \nde partículas, que pode ocorrer em uma variedade de casos práticos, é frequentemente \no fator principal na falha de tubulações. Acessórios como cotovelos, por exemplo, são \nparticularmente propensos a problemas de erosão. Na primeira parte desta tese, as equações \nmédias de Reynolds transiente (URANS) são combinadas com um modelo lagrangeano \nestocástico de rastreamento de partículas considerando todos os processos elementares \nrelevantes (forças de arrasto e sustentação, rotação das partículas, colisões entre partículas, \ninterações partícula-parede, acoplamento entre as fases) para predizer numericamente o \nfenômeno erosivo em um cotovelo de 90 . Após uma validação detalhada do modelo de \nerosão com base nos resultados experimentais de Solnordal et al. (2015), vários outros \ncasos com diferentes rugosidades na parede e coeficientes de atrito estático e dinâmico \nsão apresentados para elucidar a natureza do processo erosivo. Para tal análise, foram \nutilizadas variáveis mais fundamentais e que estão relacionadas às interações partículaparede \n(velocidade de impacto, ângulo de impacto, frequência de impacto) para examinar \nos mecanismos básicos de erosão. Finalmente, para provar a importância da colisão entre \npartículas na erosão do cotovelo, diferentes cargas mássicas são simuladas. Especialmente \npara os casos com carga mássica elevada, resultados interessantes sobre a importância das \ncolisões entre partículas na erosão do cotovelo são abordados. Em uma segunda etapa, \npropomos um novo design para a parede da tubulação com o intuito de reduzir a erosão no \ncotovelo de 90 . Esta concepção consiste em torcer a parede do tubo ao longo do sentido \nprincipal do escoamento. Basicamente, tal configuração gera a rotação do fluido a montante \ndo cotovelo e, consequentemente, re-dispersa as partículas transportadas, evitando que se \nconcentrem diretamente em um único ponto no cotovelo. Com base em simulações com \nquatro vias de acoplamento, simulações são feitas para a configuração proposta. Para \ncompreender a natureza do processo erosivo na nova geometria, as variáveis relativas as \ninterações partícula-parede que foram mencionadas anteriormente também foram avaliadas. \nEm geral, verificou-se que as alterações no escoamento multifásico promovidas pela parede \ntorcida são efetivas na redução da erosão no cotovelo. As simulações numéricas revelam \nque a tubulação equipada com o tubo torcido reduz o pico de profundidade de erosão no \ncotovelo em até 33% quando comparado ao tubo convencional.
DOI: https://doi.org/10.14393/ufu.te.2017.85
Publish Year: 2017
