Thermo-fluid dynamics to pseudoplastic fruit juices in cilindrical ducts and concentric annuli. / Termofluidodinamica de sucos de frutas pseudoplasticos em dutos cilindricos e anulos concentricos.

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2006

RESUMO

As mais importantes aplicações técnicas dos fatores de atrito e dos coeficientes convectivos de transferência de calor, bem como das propriedades térmicas e reológicas, estão nas análises e projetos de bombas, tubulações e trocadores de calor. Os dutos circulares e anulares constituem uma importante configuração geométrica para as indústrias e, neste caso, os parâmetros de projeto são particularmente necessários para a modelagem dos processos de esterilização e pasteurização em trocadores de calor de tubo-duplo e tubo-triplo. Os trocadores de calor tubulares são comumente encontrados nas indústrias de alimentos, cujos produtos envolvidos geralmente têm alta viscosidade aparente, como os sucos e as polpas de frutas, os quais normalmente apresentam características de escoamento não-Newtonianas. Mediante os fatos apresentados, este trabalho tem como objetivo principal a obtenção de correlações empíricas para o cálculo do número de Nusselt no aquecimento dos sucos de graviola e de maracujá escoando em regime laminar por dutos circulares e ânulos concêntricos. Além disso, este trabalho visa agrupar as diferentes análises para os fatores de atrito em função dos diversos números de Reynolds sugeridos na literatura. As propriedades térmicas e reológicas dos sucos, fundamentais para as análises de fluidodinâmica e de transferência de calor, foram obtidas experimentalmente nas temperaturas de 0,4 ºC a 68,8 ºC e conteúdos de água de aproximadamente 50,0 a 90,0 %. Ambos os sucos apresentaram comportamento reológico pseudoplástico, sendo o suco de graviola satisfatoriamente caracterizado pelo modelo da Lei da Potência (do inglês Power-Law), enquanto que o suco de maracujá foi melhor caracterizado pelo modelo de Herschel-Bulkley. Para as análises de fluidodinâmica, obteve-se os fatores de atrito a partir de dados experimentais de queda de pressão, os quais foram coletados durante o escoamento laminar e plenamente desenvolvido, sendo, em seguida, correlacionados através de diferentes expressões teóricas para o número de Reynolds. Neste caso, foi possível validar, através dos dados experimentais, correlações raramente utilizadas para determinação do fator de atrito laminar de fluidos que obedecem ao modelo de Herschel-Bulkley. Por outro lado, os resultados para fluidos que obedecem ao modelo da Lei da Potência, além de validar modelos já amplamente aceitos para o cálculo dos fatores de atrito, serviram, principalmente, para confirmar a veracidade dos parâmetros reológicos calculados e demonstrar a confiança nos protótipos utilizados para as medidas de perda de carga nos dutos circulares e nos ânulos concêntricos. Para as análises de transferência de calor, determinou-se os coeficientes convectivos médios durante o aquecimento dos sucos na região de entrada térmica das geometrias consideradas. O escoamento era plenamente desenvolvido na entrada das seções de teste e as temperaturas de parede foram mantidas constantes através da circulação de água em um amplo banho termostático, no qual as seções de teste foram submersas. As medidas de temperatura de mistura permitiram a determinação de modelos empíricos altamente confiáveis (R2 - 0,918 e RMS - 9,5 %) para a estimativa do número de Nusselt médio durante processo de aquecimento de fluidos Lei da Potência e Herschel-Bulkley em regiões circulares eanulares. Todos os resultados obtidos foram plenamente satisfatórios e poderão ser utilizados em análises futuras relacionadas à otimização de processos, nos quais estão envolvidos os sucos de maracujá (Herschel-Bulkley) e de graviola (Lei da Potência) ou produtos pseudoplásticos similares.

ASSUNTO(S)

concentric annuli anulos concentricos friction factor force convection laminar flow convecção forçada fator de atrito non-newtonian fluids

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