Força Adimensional sobre a Palheta e Perda de Carga

Nas figuras 6.13 e 6.14 ilustra-se o comportamento da força adimensional ao longo da palheta. A perda de carga é explorada nas figuras 6.15 e 6.16. A figura 6.13 mostra que a força adimensional, exercida sobre a palheta para abri-la, reduz com a utilização do raio de arredondamento na saída do orifício de passagem para o afastamento adimensional, Sc/d = 0,012. Observa-se nesta mesma figura que para números de Reynolds menores a força adimensional é maior; isto ocorre porque as pressões adimensionais são maiores e a força adimensional é diretamente proporcional ao valor das pressões na palheta. Pelas razões já comentadas no capítulo anterior embora a força adimensional reduza com o aumento do número de Reynolds, a força dimensional aumenta.

5000 4000 — 3000 H 1000 — - e - - e — ©- -A- ~7\ -é\ Sc/d = 0 ,0 1 2 ; D /d = 3,0 - X — R eynol ds = 1 0 0 0 - Q — R ey n o ld s = 1500 — R eynolds = 2000 - A — R eynol ds = 2500 0,0 5,0 8,62 13,63 16,86 inclinação do assento (°) 32,0

Figura 6.13 - Influência do número de Reynolds na força adimensional para diferentes raios de arredondamento no assento. D/d = 3,0 e Sc/d = 0,012.

Capítulo 6 - Escoamento através do Difusor com Raio de Arredondamento no Assento

1000

146

5,0 6,0 7,25

raio de arredondamento no assento [mm]

Figura 6.14 - Influência do número de Reynolds na força adimensional para diferentes raios de arredondamento no assento. D/d = 3,0 e Sc/d = 0,020.

Na figura 6.14 apresenta-se o comportamento da força adimensional para o afastamento adimensional maior, s j á = 0,020. Para este afastamento o raio de arredondamento na saída do orifício de passagem fez a força adimensional aumentar para números de Reynolds superiores ou iguais a 1500, isto ocorre devido às maiores pressões na região de desaceleração do fluido, compensarem as menores pressões na região do platô. Observa-se que para o afastamento maior a força adimensional é menor, já que as pressões também são menores. As figuras 6.15 e 6.16 ilustram o comportamento da perda de carga. Nota-se que com o aumento do raio de arredondamento no assento a perda de carga diminui, bem como números de Reynolds menores produzem menor perda de carga. Ambos os resultados podem ser racionalizados à luz dos argumentos já apresentados.

Capítulo 6 - Escoamento através do Difusor com Raio de Arredondamento no Assento 147

raio de arredondamento no assento [mm]

Figura 6.15 - Influência do número de Reynolds na perda de carga para diferentes raios de arredondamento no assento, D/d = 3,0 e Sc/d = 0,012.

raio de arredondamento no assento [mm]

Figura 6.16 - Influência do número de Reynolds na perda de carga para diferentes raios de arredondamento no assento, D/d = 3,0 e Sc/d = 0,020.

6.4 Parâmetros de Eficiência

Nas figuras 6.17 a 6.20 são apresentados os resultados numéricos para as áreas efetivas de escoamento e de força, nos 40 casos citados na Introdução deste capítulo.

Em ambos os afastamentos adimensionais 0,012 e 0,020 a área efetiva de escoamento adimensional cresce tanto com o aumento do raio de arredondamento na saída do orifício de passagem como com o aumento do número de Reynolds. A presença do raio de arredondamento na saída do orifício de passagem proporciona um aumento significativo na área efetiva de escoamento adimensional, devido às pressões menores na região do orifício de passagem. Conforme já explorado, valores altos para a área efetiva de escoamento indicam que o desempenho das válvulas é superior quanto ao enchimento (válvula de admissão) e esvaziamento (válvula de descarga) do cilindro.

O comportamento da área efetiva de força é crescente com o aumento do raio de arredondamento do assento na saída do orifício de passagem. Este é um resultado particularmente interessante uma vez que os perfis adimensionais de pressão indicam que quanto maior o raio de arredondamento, menor a pressão de estagnação na palheta. Assim, reduzindo a pressão na parte da palheta na área frontal ao orifício de passagem, como pode aumentar a área efetiva de força?

Ao racionalizar tal resultado deve-se lembrar que a área efetiva de força é dividida pela diferença de pressão entre a entrada e a saída da válvula. Aumentando o raio de arredondamento a pressão na entrada do orifício é reduzida, reduzindo o denominador da equação (5.6) e com isto aumentando a área efetiva de força. Certamente que a redução do denominador da equação (5.6) é mais significativa do que a redução do numerador e, assim a área efetiva de força aumenta com o aumento do raio de arredondamento. Na região da entrada do difusor a pressão tem uma região de patamar maior e a queda da mesma é mais suave para raios de arredondamento maiores, contribuindo favoravelmente para um acréscimo de força sobre a palheta.

Com o aumento do número de Reynolds a área efetiva de força tende a decrescer para um raio de arredondamento fixo. Em um primeiro momento este é um resultado que pode parecer estranho porque, a área efetiva de força é diretamente proporcional a força e esta aumenta com o aumento do número de Reynolds. Acontece que conforme indicado na equação (5.6) não basta que a força sobre a palheta aumente para que haja um aumento sobre a área efetiva de força. É preciso que a diferença de pressão através da válvula também seja considerada. Com o aumento do número de Reynolds o aumento da diferença de pressão através da válvula é mais significativo do que o aumento da força resultante sobre a palheta, fornecendo uma redução na área efetiva de força. Observe que esta tendência já foi encontrada no capítulo anterior quando a

Capitulo 6 - Escoamento através do Difusor com Raio de Arredondamento no Assento 149

área efetiva de força apresentou valores menores para números de Reynolds mais elevados. Nota-se que o comportamento de ambas áreas efetivas de força e escoamento mostrou-se bastante promissor com o arredondamento do assento na saída do orifício de passagem.

raio de arredondamento no assento [mm]

Figura 6.17 - Influência do número de Reynolds na área efetiva de escoamento adimensional para diferentes raios de arredondamento no assento, D/d = 3,0 e Sc/d = 0,012.

0,09 --- Sc/d = 0,020; D/d =3,0 Reynolds =1000 Reynolds = 2000 Reynolds = 2500

I

Figura 6.18 - Influência do número de Reynolds na área efetiva de escoamento adimensional para diferentes raios de arredondamento no assento, D/d = 3,0 e Sc/d = 0,020.

Capítulo 6 - Escoamento através do Difusor com Raio de Arredondamento no Assento 150

raio de arredondamento no assento [mm]

Figura 6.19 - Influência do número de Reynolds na área efetiva de força adimensional para diferentes raios de arredondamento no assento, D/d = 3,0 e Sc/d = 0,012.

raio de arredondamento no assento [mm]

Figura 6.20 - Influência do número de Reynolds na área efetiva de força adimensional para diferentes raios de arredondamento no assento. D/d = 3,0 e Sc/d = 0,020.