Análise da intensidade de oscilação superficial do sistema água/óleo

A Figura 5.52 avalia a oscilação do menisco para diferentes tipos de óleo, quando o beam blank é alimentado com a válvula oval com portas laterais de 30°. De maneira geral, o aumento da velocidade de lingotamento e a redução na viscosidade implicam em aumento na intensidade de oscilação. O ponto localizado no centro do flange (P3) é o de maior oscilação em todos os casos analisados. Ele está situado na região de recirculação do fluido que sai da porta lateral. Esta é a região que apresenta grande deformação da interface água/óleo quando se utiliza óleos de maiores densidades (óleos 1,2 e 3). Em função da simetria, os pontos P2 e P4 têm intensidades de oscilação semelhantes; estes pontos estão localizados nas quinas do flange. O ponto P1, situado entre a alma e o filete, apresenta menor intensidade de oscilação.

Ao se comparar a média de oscilação entre os pontos, para cada tipo de óleo, em função da vazão, se observa que o querosene (óleo 5) apresentou maior intensidade de oscilação média; querosene possui menor densidade e viscosidade. Os óleos 2 e 4 têm densidade de 950 kg/m3 e 865 kg/m3 respectivamente e a mesma a mesma viscosidade. Neste caso, apenas para a vazão de 100 L/min, observou-se uma menor oscilação quando se utilizou o óleo mais denso;

118 já nas vazões superiores, não houve variação significativa. O óleo mais viscoso e denso resultou em menor oscilação superficial, em todas as vazões.

Ao alimentar o molde com a válvula cujas portas laterais têm inclinação de 60°, observa-se algumas mudanças no comportamento do menisco no que tange à oscilação superficial. O óleo tipo 1 apresentou maior intensidade de oscilação na velocidade de lingotamento máxima. Os óleos 2 e 3 apresentaram as menores oscilações e comportamento semelhante, Figura 5.53.

Figura 5.52 Valores de intensidade de oscilação do menisco em função das propriedades do óleo e da vazão de fluido, válvula 30°.

Figura 5.53 Valores de intensidade de oscilação do menisco em função das propriedades do óleo e da vazão de fluido, válvula 60°.

119 Conforme descrito por Zhang et al. (2018), a oscilação do menisco é composta por múltiplas ondas periódicas com frequência entre 0Hz e 2Hz. No presente estudo, observou-se o mesmo comportamento durante a simulação da interface metal/escória utilizando água e uma camada de óleo de 20 mm. As Figuras 5.54 e 5.55 representam as curvas de TRF (Transformada Rápida de Fourier) para a oscilação no ponto 3 utilizando as válvulas com portas laterais de 30° e 60° respectivamente, em função do tipo de óleo utilizado para simular a escória. Na Figura 5.54 observa-se para o óleo 1os picos nas frequências de 0,05 Hz; 0,5 Hz; 1,08 Hz e 1,16 Hz. A amplitude dos picos com maiores frequências diminui com a redução na vazão. Já a amplitude na frequência de 0,05Hz independe da vazão de fluido. Para o óleo tipo 2, também se observa um pico na frequência de 0,05Hz, cuja amplitude diminui com o decréscimo da vazão. Entre 0,05Hz e 0,5Hz existe um conjunto de ondas com amplitudes semelhantes na vazão de 150 L/min; estas amplitudes diminuem com a redução na vazão. Há outro pico também na frequência de 1,08Hz. O óleo 3 apresenta comportamento semelhante ao 2 na maior vazão com picos principais nas frequências de 0,05Hz; 0,4Hz e 0,94Hz. Estes picos se repetem nas vazões menores, porém com amplitudes reduzidas. Para o óleo tipo 4 observa-se picos nas frequências de 0,05Hz; 0,45Hz e 1,12Hz. Estes picos se repetem nas 3 vazões com redução gradativa na amplitude, exceto na onda de baixa frequência. Dentre todos os óleos analisados, o óleo 5 foi o que apresentou maior amplitude de oscilação na frequência de 1Hz (aproximadamente 0,4), além de vários picos entre 0,05Hz e 0,5Hz.

120 A amplitude de oscilação máxima no ponto analisado foi de 0,6, na frequência de 0,05Hz, utilizando óleo 2. Valores semelhantes foram encontrados por Zhang et al (2018), quando avaliou através da TRF a oscilação em moldes de placa. Porém neste caso, observou-se picos de maiores amplitudes em frequências superiores a 1Hz. No trabalho de Zhang et al. (2018) não se considerou uma camada de óleo sobre o menisco.

Figura 5.54Resultados de Transformada Rápida de Fourier válvula 30° - P3.

Para a válvula com angulo das portas laterais de 60° (menos inclinada) observou-se maior estabilidade do menisco. Quando se utilizou o óleo 1 observa-se picos nas frequências de 0,05HZ; 0,5HZ e 1,1HZ, com menores amplitudes que no caso anterior. Além destes picos, as demais ondas são de amplitudes praticamente desprezíveis. Já com o óleo 2, há um pico de maior amplitude em 0,05HZ e 0,5H, sendo as amplitudes são iguais nas vazões de 150 L/min e 125 L/min, Figura 5.55.

Utilizando o óleo 3 observa-se picos nas frequências de 0,05HZ, 0,45HZ e 1,1HZ, com amplitudes de onda semelhantes na vazão de 150 L/min. Com o decréscimo da vazão de

121 lingotamento observa-se decréscimo principalmente na amplitude da onda de maior frequência.

Para o óleo 4 observa-se comportamento semelhante ao óleo 3, e maior oscilação que o óleo 2, por ter mais ondas predominantes. Vale ressaltar que os óleos 2 e 4 têm a mesma viscosidade, porém o óleo 2 é mais denso, o que em princípio justifica uma menor ondulação superficial.

Figura 5.55 Transformada rápida de Fourier válvula 60° - P3.

5.3.4 Conclusões desta seção

• A conFiguração de válvula proposta para alimentação do molde de beam blank propicia melhor simetria de fluxo do que outros modelos comumente aplicados; • Para o ângulo de inclinação das portas laterais igual 30° observou-se uma maior

transiência de fluxo, resultando em assimetria de fluxo, aumento da energia cinética de turbulência do menisco e consequente maior instabilidade da interface entre os fluidos imiscíveis.

122 • O aumento da viscosidade e da diferença de densidade entre os fluidos aumenta a

estabilidade da interface entre os mesmos.

• O aumento da velocidade de lingotamento aumenta a intensidade de oscilação superficial.

• Para a válvula com inclinação das portas laterais de 60°, o aumento da vazão implica em redução na taxa de remoção de inclusões.

123 5.4 Comparação entre os modelos de válvulas propostos