Avaliação dos parâmetros operacionais para aquecimento e bombeamento de uma solução polimérica utilizada na indústria química

• Autor(a) principal: Paula, João Antônio Pereira de
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/255839
• topic: Escoamento de fluidos; Silicones; Transferência de calor; Silicon; Industrial heating chamber; Heat transfer; Dynamic viscosity

Na indústria, é comum a utilização de soluções poliméricas e polímeros fundidos em diversos processos: do preparo de misturas à produção de materiais por extrusão e injeção. Neste contexto, um dos grandes desafios inerentes a esta operação é o bombeamento de fluidos que possuem viscosidades elevadas. Desta forma, é comum que o fluido seja aquecido antes ou durante a etapa de bombeamento, visando reduzir a sua viscosidade, viabilizando seu processamento. Neste trabalho, o processo estudado foi o aquecimento de uma solução polimérica à base de silicone acondicionada em tambor metálico, utilizando uma estufa industrial. Esta etapa é realizada antes do bombeamento da solução para um misturador, onde o insumo é utilizado como matéria-prima. Os objetivos deste estudo consistem em avaliar a influência da temperatura sobre a viscosidade dinâmica e a massa específica do fluido, bem como sobre o fator de atrito do escoamento. Além disso, o processo de aquecimento do tambor no estado transiente foi modelado, viabilizando o cálculo do tempo de residência necessário para atingir a temperatura adequada para o bombeamento. A primeira parte do estudo consistiu na análise da viscosidade dinâmica da solução polimérica em diferentes temperaturas (faixa de 10 a 80 °C) utilizando um viscosímetro rotacional digital, modelo DV2T LV, marca Brookfield. Em seguida, a massa específica da solução foi medida, para o mesmo intervalo de temperatura, utilizando um densímetro digital, modelo DMA 4100M, marca Anton Paar. Desta forma, foi possível calcular o fator de atrito de Darcy para o escoamento, considerando a correlação para regime laminar, definindo-se uma temperatura adequada para o bombeamento. Para a determinação do coeficiente de transferência de calor por convecção, calculou-se o número de Nusselt por meio da correlação de Churchill e Bernstein. Para a modelagem do aquecimento do tambor no estado transiente, considerou-se a solução analítica da equação de calor para geometria tipo cilindro curto. Os resultados obtidos demonstraram que a temperatura exerce uma influência considerável na viscosidade, visto que foi observada uma redução de viscosidade superior a 70 % no intervalo de temperatura avaliado. Para a massa específica, a redução observada foi cerca de 6 %. Em relação ao fator de atrito para o escoamento da solução polimérica, evidenciou-se uma redução de, aproximadamente, 75 %, na faixa de temperatura estudada. Em relação à transferência de calor na estufa, verificou-se que o coeficiente convectivo é de 1,2 W.m-2.K-1. Com a modelagem do aquecimento do tambor no estado transiente, foi observada uma alta resistência do fluido à convecção e, como consequência, uma distribuição de temperatura não uniforme no interior do tambor. Considerando-se uma temperatura de 55 °C como adequada para o processo, os tempos de residência do tambor na estufa foram de 20,5, 14,8 e 4,2 horas para temperaturas iniciais iguais a 10, 25 e 35 °C, respectivamente.