Resumo

Escoamentos sob efeito de rotação são processos amplamente utilizados em diversos ramos da indústria, como por exemplo, a química e a petroquímica, a metalúrgica, a farmacêutica, de alimentos e até mesmo em companhias de tratamento de água. Em algumas dessas indústrias, o desenvolvimento de novos produtos e materiais comumente inclui processos de mistura, que tiram partido do movimento de rotação do fluido para reduzir não-uniformidades na composição, temperatura e outras propriedades. No entanto, a complexidade destes escoamentos, devido às geometrias complexas e aos fluidos de trabalho, os quais muitas vezes não são newtonianos, faz com que a maioria das pesquisas nessa área se destine apenas ao estabelecimento de correlações empíricas para aplicações extremamente específicas. A falta de uma compreensão física detalhada destes escoamentos torna a concepção de sistemas e produtos otimizados uma tarefa muito difícil. O presente trabalho considera a simulação numérica do escoamento turbulento no interior de um reservatório cilíndrico em rotação com alternância de sentido de movimento, induzida por um perfil de seção triangular posicionado no fundo do reservatório. Resultados experimentais são também obtidos para complementar o estudo e para validar o modelo numérico. Os principais fenômenos físicos envolvidos são analisados, sendo dado destaque à influência de parâmetros de operação (geometria, velocidade de rotação e nível de líquido) sobre algumas variáveis importantes para a análise da qualidade do processo de mistura, tais como campo de velocidade, energia cinética turbulenta, taxa de deformação e torque resistivo. Observa-se que o reservatório com quatro ressaltos na superfície do fundo é o que sustenta as maiores magnitudes de velocidade no escoamento. Já a geometria com dois perfis triangulares no fundo é a que proporciona maiores níveis de turbulência e ao mesmo tempo a que demanda menos torque do motor. Além disso, comprova-se que um aumento na velocidade de rotação provoca aumentos na velocidade, turbulência, taxa de deformação e também no torque necessário para induzir o escoamento. Finalmente, demonstra-se a existência de um nível ótimo de líquido para o processo de mistura.

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