Desenvolvimento de modelagem computacional e avaliação geométrica de chicanas em um tanque misturador aplicando o método design construtal
Autor: Laísa Luiz Soares (Currículo Lattes)
Resumo
O presente trabalho apresenta um estudo da influência geométrica de chicanas sobre o escoamento em um tanque misturador. Para isso, um dos objetivos desta pesquisa é desenvolver um modelo computacional para simular a rotação do impelidor sem a necessidade de utilizar um modelo de malha móvel, o que causaria maior esforço e tempo computacional. Assim, foi implementado um código numérico que utiliza uma fonte de quantidade de movimento para simular a rotação do impelidor no interior do tanque, sem a necessidade de representação das fronteiras físicas do mesmo. O código é executado por meio de uma ferramenta existente no ANSYS/FLUENT® v.14.5, chamada UDF- User Defined Function. Este modelo foi comparado com o modelo de malha móvel, e ambos foram verificados e validados a partir de dados encontrados na literatura. O segundo objetivo do trabalho é o de avaliação geométrica das chicanas aplicando o método Design Construtal, baseado na lei Construtal. Com a aplicação deste método, espera-se melhorar o balanceamento de todas as resistências do escoamento no sistema, variando a quantidade e a dimensão das chicanas, a fim de encontrar configurações geométricas que indiquem uma maior eficiência da mistura. Os graus de liberdade do problema são as quantidades de chicanas (Na) e a razão L/B (largura/comprimento das chicanas). Os indicadores de performance são considerados a partir da minimização do tempo de homogeneização e do desvio padrão da mistura. As equações de conservação de massa, quantidade de movimento e uma equação de transporte foram resolvidas através do método dos volumes finitos utilizando o software ANSYS/FLUENT® v.14.5, para modelar um escoamento tridimensional, turbulento e incompressível. Para a modelagem da turbulência foi utilizado . O modelo de termo fonte apresentou uma significativa redução do esforço computacional em relação ao modelo de malha móvel, o que permitiu realizar a avaliação geométrica das chicanas no interior do tanque. Os resultados demonstraram que, a aplicação do Design Construtal permitiu obter recomendações teóricas importantes sobre a influência das chicanas na distribuição da espécie transportada (representando a mistura) e no tempo necessário para homogeneizar a mistura no tanque. Os resultados indicam que, considerando os dois indicadores de performance (tempo de homogeneização e desvio padrão da mistura) o caso que apresentou a melhor eficiência foi o tanque com 4 chicanas e razão L/B = 1. Por outro lado, se o número de potência for considerado no problema, existem outras recomendações. Neste caso, o tanque que apresentou a melhor eficiência foi o tanque com 8 chicanas e razão L/B = 0,25, apresentando o menor desvio padrão e a menor potência simultaneamente.