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metadata.dc.type: Dissertação
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Avaliação do desgaste erosivo água-areia e água-ar-areia em tubulações de 4 através de técnicas de CFD e de experimentos laboratoriais
Other Titles: Evaluation of the erosive wear water-sand and water-air-sand in 4 pipes through CFD techniques and laboratorial experiments
metadata.dc.creator: Silva, Renato Pacheco
metadata.dc.contributor.advisor1: Franco, Sinésio Domingues
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Silveira Neto, Aristeu da
metadata.dc.contributor.referee1: Villar, Millena Martins
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Flávio José da
metadata.dc.description.resumo: O objetivo deste trabalho é a avaliação do desgaste erosivo causado pelo impingimento de areia, nas paredes de uma curva de 90° em uma tubulação de quatro polegadas. As formas como esta avaliação foi feita, contam com técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD), experimento em equipamento Loop de laboratório, interferometria e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Diferentes parâmetros foram testados de forma computacional (CFD), variando fluidos, velocidades, tipos de escoamentos (bifásico água-areia e trifásico ar-água-areia) e materiais da tubulação (Aço 4140 e Alumínio). Nas análises experimentais uma única condição foi utilizada e esta comparada com a mesma condição simulada computacionalmente. Para medição da taxa de desgaste erosivo, a análise experimental da perda de espessura na superfície (interferometria) foi incapaz de capturar um valor de desgaste representativo, o que é confirmado pela simulação computacional. A análise via microscópio, mostrou o mecanismo de desgaste atuante. Com os resultados obtidos foi possível verificar que a baixas velocidades o desgaste da tubulação é muito pequeno, mostrando ainda a deposição de areia no fundo da tubulação. Foi possível também perceber a necessidade de uma estrutura experimental para determinação dos parâmetros utilizados na simulação, haja vista que os modelos de erosão normalmente utilizados em CFD utilizam muitos dados determinados experimentalmente. Outro fato importante foi observar a dificuldade em se obter o desgaste erosivo puro. As amostras sofreram desgaste corrosivo, além de desgaste erosivo, mostrando um efeito sinérgico de desgaste das paredes da tubulação. Várias condições problemáticas trouxeram muitos ensinamentos sobre as análises realizadas, como por exemplo, o aquecimento do fluido de trabalho e consequentemente do sistema devido à ação da bomba centrífuga, prejudicando a autonomia do experimento. A injeção de areia também se mostrou de difícil convergência com o experimento, assim como o coeficiente de restituição utilizado na simulação computacional.
Abstract: The purpose of this work is to evaluate the erosive wear caused by sand impinging particles on a 90° elbow wall, in a four inches pipe. This evaluation was made with computational fluid dynamics (CFD) techniques, experimentation in a laboratory Loop equipment, interferometry and scanning electron microscopy (SEM). Different parameters were tested through computational method (CFD), varying fluids, velocities, flow types (water one-phase and air-water two-phase) and pipe materials (4140 Steel and Aluminum). In the experimental analysis only one condition was set and this condition compared to the same condition computationally simulated. For measuring the erosive wear rate, the experimental analysis of the surface thickness loss (interferometry), was unable to capture a representative wear value, what was confirmed by the computational simulation. The analysis through microscope, showed the acting wear mechanism. With the obtained results, it was possible to see that in low velocities the pipe wall erosive wear is very small, showing also the sand deposition in the bottom of the pipe. It was also possible to see the necessity of an experimental structure for parameters used in the simulation determination, since the erosion models commonly used in CFD uses a lot of experimentally determined data. Another important issue to note was de hardness to obtain pure erosive wear. The coupons also showed corrosive wear, beyond erosive wear, showing a synergy wear effect on the pipe walls. A lot of problematic conditions brought much knowledge about the done analysis, as for example, the work fluid heat and consequently the system heat by the centrifugal pipe action, damaging the experiment autonomy. The sand injection also showed its convergence troubles with the experiment, the same way, the restitution coefficient used in the computational simulation.
Keywords: Simulação
CFD
Escoamento bifásico
Dinâmica dos fluidos
Loop
Erosão
Corrosão
Sinérgico
Simulation
Two-phase flow
Fluid dynamics
Loop
Erosion
Corrosion
Sinergy
Desgaste mecânico
Dinâmica dos fluidos - Simulação por computador
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: SILVA, Renato Pacheco. Evaluation of the erosive wear water-sand and water-air-sand in 4 pipes through CFD techniques and laboratorial experiments. 2011. 122 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2011.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14961
Issue Date: 25-Aug-2011
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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