Transmissão de pressão: pressurização lenta do fluido

Durante a etapa de planejamento dos testes, inicialmente pensou-se em pressurizar o fluido confinado no interior da serpentina, ligando-se a bomba e mantendo as válvulas de saída, V2, e de retorno, V3, fechadas e a de entrada, V1, aberta. Como o limite máximo de pressão da bomba de 12 bar não deve ser superado, ela deve ser desligada antes que este valor seja atingido.

Entretanto, o tempo máximo de pressurização, que pode ser calculado por um balanço de massa na serpentina, é da ordem de 0,1 segundos, o que significa que a bomba deve ser ligada e desligada dentro deste intervalo de tempo. Como o controle deste processo seria muito difícil de ser realizado, optou-se por um procedimento alternativo, onde a bomba não é desligada.

Primeiramente é feito o controle de pressão na serpentina fechada, durante o qual somente V2 é mantida fechada, enquanto que V1 e V3 permanecem abertas. A bomba é então ligada de modo que o fluido escoe apenas pela tubulação de retorno. Como a válvula manual Vm2 causa uma restrição ao escoamento na tubulação de retorno, o fluido a montante desta válvula, incluindo o que entra na serpentina, fica todo pressurizado. Portanto, o percentual de abertura de Vm2 pode ser ajustado para que a pressão na serpentina atinja um valor desejado. Ou seja, quanto mais restrita está a abertura em Vm2, maior a pressão na serpentina. Assim, a distribuição de pressões na serpentina é mantida constante com a circulação do fluido pela tubulação de retorno. Com o procedimento de controle de pressões definido, os testes de transmissão de pressões podem ser executados.

A Figura 3.11 mostra o procedimento experimental de pressurização lenta na forma de um fluxograma, e também um esquema do percurso do fluido de trabalho durante a execução do teste para facilitar o entendimento. O trajeto em verde mostra o escoamento do fluido pelo retorno, e as linhas em vermelho mostram o fluido de trabalho que é pressurizado quando confinado na tubulação fechada. Após esta etapa inicial de estabilização de temperaturas na câmara térmica, as válvulas V1, V3 e Vm2 (inicialmente totalmente aberta) devem permanecer abertas, e V2 fechada. Em seguida, verifica-se que não existem muitas bolhas de ar na tubulação de testes e nas tomadas de pressão, e ajusta-se a restrição em Vm2 para que a pressão desejada seja alcançada. O teste é iniciado acionando a gravação de dados, e 15 s depois, a bomba é ligada em uma determinada rotação. A bomba acelera do repouso até a rotação especificada, pressurizando o fluido até a pressão estabelecida através da restrição da válvula Vm2. O tempo de aceleração do rotor da bomba é proporcional à rotação do motor, ou seja, são necessários 10 s para que o motor acelere até 105 rpm; e 5 s para que o motor atinja uma rotação constante de 52,5 rpm, por exemplo. Decorridos 90 s do início do teste, desliga-se a bomba, e após 150 s encerra-se o teste, desligando a gravação de dados. Foram planejadas três medições para cada teste, de modo a avaliar a repetibilidade dos resultados.

Figura 3.11 – Fluxograma para testes de transmissão de pressão: pressurização lenta da serpentina; esquema do escoamento de fluido no sistema hidráulico durante o experimento.

Decidiu-se pressurizar o fluido a baixas pressões, próximas de 3 bar, e a altas pressões, próximas de 9 bar, de modo a verificar o efeito da pressurização do fluido durante a transmissão de pressão. O total de testes é, portanto, 12 para cada fluido utilizado – foram planejados no total 24 testes de transmissão lenta para a água e solução de glicerina. A matriz de testes utilizada é mostrada na da Tabela 3.3.

Iniciar a gravação de dados e a contagem de tempo Ligar a bomba na vazão desejada em 15 s Sim Abrir V1 e V3; fechar V2 Ajustar a abertura da válvula Vm2 na posição desejada Desligar a bomba em 90 s para despressurizar a serpentina V2: Fechada V1: Aberta Serpentina Vm2 Bomba Reservatório Coriolis Retorno de fluido V3: Aberta Escoamento de fluido Fluido pressurizado Estabilização de temperaturas Encerrar o teste em 150 s, desligando a gravação de dados

Circulação de fluido pelo retorno; pressurização da

serpentina

Estabilização das pressões do fluido – regime permanente

Tabela 3.3 - Matriz de testes para experimentos de pressurização lenta com água e solução de glicerina.

Variáveis Nível de pressurização

Temperatura

Condições Baixa pressão Alta pressão

5°C 3 testes 3 testes

25°C 3 testes 3 testes

Número total de testes para cada fluido: 12

Dois tipos diferentes de testes de pressurização lenta foram realizados para a solução de Carbopol. O primeiro teste de pressurização tem o objetivo de verificar a influência da distribuição inicial de pressão nos perfis de pressão finais após a pressurização lenta, pois as pressões iniciais na serpentina preenchida por fluido viscoplástico não são nulas como acontece com fluidos newtonianos. A condição inicial 1 e 2 são chamadas de DI1 e DI2, respectivamente. Maiores detalhes sobre os testes de transmissão de pressão nas duas condições iniciais de pressurização são apresentados na Seção 5.2.3. Portanto, como existe mais uma variável de influência, o número de experimentos com o fluido é duplicado, como mostrado na Tabela 3.4.

Tabela 3.4 – Matriz de testes para experimentos de pressurização lenta (solução de Carbopol) – avaliação da influência da condição inicial de pressurização da serpentina

Variáveis Nível de pressurização Variáveis

Temperatura Condições Baixa pressão Alta pressão Baixa pressão Alta pressão Condições Distribuição inicial

5°C 3 testes 3 testes 3 testes 3 testes DI1

25°C 3 testes 3 testes 3 testes 3 testes DI2

Número de

testes 24

O segundo tipo de experimento de pressurização lenta da solução de Carbopol possui o objetivo de calcular a tensão de cisalhamento na parede da serpentina, de modo a estimar a tensão limite de escoamento. Para este fim, o fluido confinado na serpentina é analisado em três condições: despressurizado na Distribuição Inicial 1 ou DI1 (maiores detalhes na Seção 5.2.3), pressurizado em média pressão, e pressurizado em alta pressão. Como mostrado na Tabela 3.5, foram executados 18 testes deste tipo.

Tabela 3.5 – Matriz de testes para experimentos de pressurização lenta (solução de Carbopol) – cálculo da tensão de cisalhamento na parede da serpentina

Variáveis Nível de pressurização

Temperatura

Condições

Baixa pressão (fluido despressurizado)

Média pressão Alta pressão

5°C 3 testes 3 testes 3 testes

25°C 3 testes 3 testes 3 testes

Número de testes 18