Escoamento de fluídos não newtonianos: revisão da literatura e análise de correlações para o fator de atrito e coeficientes de perda localizada

Abstract

Em processos que envolvem o escoamento de fluidos muitas vezes é exigido o uso de bombas. Para o projeto dessas bombas é necessário conhecer a perda de carga gerada pelo atrito do fluido ao longo do sistema de tubulação. Um sistema de tubulação geralmente é formado por seções retas, acessórios e válvulas, os quais também apresentam resistência ao escoamento. Essa perda de carga ocasionada é determinada através do fator de atrito e dos coeficientes de perda localizada, respectivamente. A queda de pressão em dutos é função das propriedades reológicas do fluido. Portanto, o comportamento reológico do fluido influencia no cálculo da potência e na escolha do tipo da bomba a se utilizar. Os dados experimentais de queda de pressão em escoamentos de fluidos não newtonianos são exíguos em relação aos fluidos newtonianos. Por conseguinte, existe divergência nos critérios para o uso das correlações de fator de atrito e coeficientes de perda localizada. O objetivo deste trabalho é apresentar uma revisão das correlações de fator de atrito e coeficientes de perda localizada para fluidos que seguem o modelo da lei da potência, além de determinar as faixas de operação segundo número de Reynolds generalizado e o índice de comportamento do escoamento. Para avaliar a variabilidade das correlações do fator de atrito, realizou-se uma análise estatística para escoamento turbulento segundo a metodologia proposta por Gao e Zhang. A equação implícita proposta por Dodge e Metzner, é baseada em uma análise teórica e resulta nos menores desvios relativos totais, em todas as análises desenvolvidas. Realizou-se também, um estudo de caso com o intuito de calcular o trabalho de eixo de uma bomba sob diferentes configurações de um sistema de bombeamento. Nesse contexto, foram considerados diferentes comprimentos de tubulação e quantidade de acessórios. Dessa forma, visa-se comparar o uso do método de Hooper frente ao dos coeficientes de perda localizada específicos. Concluiu-se que o método de Hooper é adequado para o cálculo das perdas localizadas no escoamento de fluidos que seguem o modelo lei da potência. A maior vantagem desse método é a sua forma generalizada e sua aplicação para diferentes diâmetros e número de Reynolds generalizado.