Título

SIMULAÇÃO NUMÉRICA DO DESGASTE EROSIVO EM UMA TUBULAÇÃO DE 4’’ PARTE I: TRANSPORTE DE AR-AREIA EM TUBULAÇÕES DE AÇO E ALUMÍNIO

NUMERICAL SIMULATIONS OF EROSION WEAR IN 4 in. PIPE: SAND-AIR TRANSPORT IN STEEL AND ALUMINUM PIPES

Autoria

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

Silva, Renato Pacheco

Eu sou esse autor

Franco, Sinésio Domingues

Eu sou esse autor

Neto, Aristeu da Silveira

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DOI

10.5151/2594-5327-21142

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Resumo

Este trabalho tem como objetivo avaliar o desgaste erosivo em dois materiais diferentes (aço 4130 e alumínio comercialmente puro), transportando ar e areia, nas velocidades de 10 m, 15 m e 25 metros por segundo, através de técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics). A geometria foi determinada a partir de uma geometria do equipamento experimental, Loop, que reproduz em escala real o escoamento bifásico (líquido com partículas de areia dispersas). Foi utilizada uma curva de 90°, de uma tubulação de 4’’ de diâmetro. Através do software Fluent (ANSYS, Inc.), realizou-se a simulação numérica. A metodologia RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes Equations), e o modelo de turbulência k-ω-SST, juntamente com um modelo de fase discreta foram utilizados. O acoplamento necessário, foi o de duas vias Euler-Lagrange. O modelo de erosão padrão do software foi o utilizado para cálculo da perda de material devido ao desgaste erosivo. O ponto chave destas simulações está no coeficiente de restituição, que varia em função do material utilizado. Foi possível observar as diferenças de comportamento entre os dois materiais, pela análise do desgaste erosivo nas diferentes velocidades, o que representa a variação de quantidade de movimento linear da partícula a coeficientes de restituição diferentes. É, inclusive, possível a detecção do tempo de vida de uma tubulação nestas condições de operação, devido a uma falha provocada por desgaste erosivo puro.

This work has as main objective, to evaluate the erosion wear in two different materials (4130 steel and commercially pure aluminum), transporting air and sand, in the velocities of 10 m, 15 m and 25 meters per second, through CFD (Computational Fluid Dynamics Techniques). The geometry was determined by the experimental equipment, Loop, which reproduces in real scale the two-phase flow (liquid with sand particles dispersed). It was used a 90° elbow, from a 4 inches diameter pipe. The numerical simulation was done through Fluent (ANSYS, Inc.) software. RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes Equations) methodology and the k-ω-SST turbulence model, coupled with the discrete phase model were used. The necessary coupling was the two-ways Euler-Lagrange coupling. The erosion model used was the standard from the software, to calculate the material loss due to erosive wear. The key point in this kind of simulation is over restitution coefficient, which varies in function of the material tested. It was possible to observe different behavior between the two materials, by the erosive wearing analysis in the different velocities, which represents the particle momentum variation in different restitution coefficients. It is also possible to predict the pipe lifetime in this operation conditions due to a damage caused by the pure erosive wear.

Palavras-chave

CFD; Simulação numérica; Desgaste erosivo; Coeficiente de restituição.

CFD; Numerical simulation; Erosive wear; Restitution coefficient.