Title

COMPARATIVO ENTRE EXPERIMENTO E SIMULAÇÃO NUMÉRICOEXPERIMENTAL DO DESGASTE EROSIVO EM TUBULAÇÃO DE 4’’ TRANSPORTANDO ÁGUA E AREIA A 5,4 m/s

COMPARISSON BETWEEN EXPERIMENTAL AND NUMERICAL-EXPERIMENTAL SIMULATION OF THE EROSIVE WEAR IN 4” PIPE TRANSPORTING WATER AND SAND AT 5,4 m/s

Authorship

Silva, Renato Pacheco; Franco, Sinésio Domingues; Neto, Aristeu da Silveira

Silva, Renato Pacheco

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Franco, Sinésio Domingues

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Neto, Aristeu da Silveira

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DOI

10.5151/2594-5327-21125

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Abstract

Este trabalho tem como objetivo avaliar o desgaste erosivo em uma tubulação de 4’’ transportando água e areia, através de técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics), comparando os resultados com experimentos realizados nas mesmas condições. Para a parte experimental foi utilizada interferometria a laser para medir a perda de espessura e microscopia eletrônica de varredura (MEV) para observação do mecanismo de erosão atuante. No equipamento Loop foi utilizada uma curva de 90° projetada para receber um corpo de prova curvo. Foi medido o desgaste erosivo na curva, em uma amostra de alumínio comercialmente puro após 4 horas de ensaio. Dados os mesmos parâmetros do experimento como condições de contorno, foi realizada a simulação numérica do desgaste erosivo através de um software comercial de CFD Fluent (ANSYS, Inc). Utilizando a abordagem de Euler-Lagrange, a metodologia RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes), o modelo de turbulência k-ω-SST e o modelo de erosão padrão do software, foi simulado o escoamento da fase contínua acoplado à fase dispersa para determinação do desgaste erosivo. O acoplamento utilizado foi o de duas vias. Observou-se via simulação, um desgaste muito pequeno da tubulação. Isto de fato foi observado na interferometria, onde não foi possível quantificar o desgaste erosivo. Ainda assim, pôde-se observar o comportamento diferenciado nos ângulos de ataque próximos a 45°, o que era esperado de acordo com o observado na simulação. Pela análise via MEV, observou-se os sulcos formados pelo destacamento de material no processo erosivo.

This work has as its main objective to evaluate the erosive wear in a 4” pipe transporting water and sand, through CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques, comparing the results with experiments in the same conditions. On the experimental part, it was used laser interferometry to measure the thickness loss and scanning electronic microscope (SEM) to observe the erosion mechanism acting. In the Loop equipment it was used a 90° elbow projected to receive an elbow coupon. It was measured the erosive wear in the elbow, in an aluminum commercially pure coupon after 4 hours of experiment. Given the same parameters of the experiment as boundary conditions, it was realized the numerical simulation of the erosive wear through a CFD commercial software Fluent (ANSYS, Inc.). Using the Euler-Lagrange method, RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) methodology, the turbulence model k-ω-SST and the standard erosion model of the software, it was simulated the continuous phase flow coupled to a dispersed phase to determine the erosive wear. The coupling used as the two-way coupling. It was observed through simulation, a very small erosive wear of the pipe. This was also observed in the interferometry process, which was unable to quantify the wear. It was possible to observe the different behavior on the attack angles next to 45°, which was expected according to the simulation results. Through SEM, some grooves formed by the material detachment during the erosive process could be observed.

Keywords

CFD; Simulação numérica; Desgaste erosivo; Loop.

CFD; Numerical simulation; Erosive wear. Loop.