DESIGN CONSTRUTAL DE BIFURCAÇÕES EM FORMA DE Y PARA ESCOAMENTOS DE FLUIDOS DE CARREAU

Abstract

O presente trabalho utiliza o método Design Construtal para investigar as geometrias ótimas para bifurcações sujeitas a escoamentos de fluidos não newtonianos pseudoplásticos, e analisar como a reologia do fluido tem efeitos sobre as configurações e o desempenho de bifurcações em forma de Y. A análise se baseia na minimização da resistência ao escoamento, com a definição da razão de diâmetros, razão de comprimentos e ângulo da bifurcação como graus de liberdade e parâmetros de projeto, e imposição de restrições segundo o método Design Construtal. O fluido foi modelado utilizando a equação de Carreau, e foram analisados os efeitos do número de Carreau, razão de viscosidades e índice de escoamento. Os escoamentos foram resolvidos numericamente utilizando o Método dos Volumes Finitos e o software ANSYS^® Fluent. O modelo matemático foi verificado com resultados publicados na literatura, e a malha computacional foi analisada pelo método GCI. Utilizou-se o algoritmo de otimização de Superfície de Resposta para a busca pela resistência ao escoamento mínima e os valores ótimos para as variáveis de projeto e um planejamento fatorial de três níveis para verificar o efeito dos parâmetros reológicos. Dos resultados obtidos, verificou-se que o índice de escoamento é o parâmetro reológico que possui maior efeito sobre a configuração da geometria ótima, afetando tanto a razão de comprimentos quanto a razão de diâmetros para a resistência ao escoamento mínima, sendo que o efeito estatisticamente significativo foi somente sobre a razão de diâmetros. Esta por sua vez, demonstrou ser o parâmetro geométrico que teve uma maior influência no comportamento da resistência ao escoamento. Estes resultados corroboram a tese de que a análise para sistemas com fluidos não newtonianos devem considerar a reologia dos fluidos para a obtenção de seu melhor desempenho.