Estudo numérico do efeito de obstruções na queda de pressão do escoamento em tubulações

Abstract

Este trabalho estuda a perda de carga proveniente de obstrução em tubulações. As obstruções consideradas ocorrem normalmente devido à aglutinação de resíduos nas paredes da tubulação. A geometria destas obstruções, bem como o regime do escoamento e as propriedades físicas do fluido que escoa, interferem intensamente na perda de carga. Portanto, investiga-se o efeito destes parâmetros na perda de carga. Ou seja, a forma geométrica das obstruções é variada, desde seções longitudinais circulares (excentricidade igual a um) até seções elípticas com diversas excentricidades, mantendo-se os demais parâmetros constantes. Posteriormente estuda-se a influência das forças de inércia e viscosas do fluido na perda de carga, através da variação do número de Reynolds do escoamento. A fim de ampliar o campo de aplicação destes resultados são estudados escoamentos onde o fluido é considerado newtoniano e também escoamentos com fluidos não-newtonianos. As equações matemáticas que descrevem o comportamento dinâmico destes escoamentos são resolvidas numericamente utilizando o software comercial ANSYS. Os resultados indicam que há um aumento significativo da perda de carga para excentricidades acima de 0,65. Para excentricidades inferiores a 0,65 a queda de pressão é menos significativa. Como exemplos de aplicação deste trabalho pode-se citar o dimensionamento de bombas na indústria do petróleo, na indústria alimentícia, dentre outras.

This paper studies the pressure drop due to obstructions in pipes. The considered obstructions typically occur because the assemblage of wastes on the walls of pipe. The geometry of these obstructions, the flow regime and physical properties of the fluid which flows intensively interfere with the pressure drop. Therefore, it is investigated the effect of these parameters on the pressure loss. That is, the geometric shape of obstructions is varied, from circular longitudinal sections (eccentricity equal to one) to elliptical sections with different eccentricities, keeping the other parameters constant. Thereafter it is studied the influence of inertial forces and viscous fluid in the pressure loss, by varying the Reynolds number of the flow. In order to enlarge the scope of these results are studied flows where the fluid is considered Newtonian fluids and also with non-Newtonian fluids. The mathematical equations describing the dynamic behavior of these flows are solved numerically using the commercial software ANSYS. The results indicate that there is a significant increase in pressure drop up to eccentricity of 0.65. For eccentricities smaller than 0.65 the pressure drop is less significant. Examples of application of this work can be found in the design of pumps in the petroleum industry, the food industry, among others.