PRESSURE DROP OF THREE-PHASE SUSPENSION FLOWS (WATER–AIR–SAND) IN HORIZONTAL PIPELINES: MODEL REVISION AND GENERALIZED CORRELATION

Resumo

Os resultados experimentais e o modelo de uma única equação originalmente apresentados por Pironti et al. (1997) para o escoamento trifásico de suspensões — gás, líquido e sólido — em tubulações horizontais são revisitados à luz de quase três décadas de pesquisas subsequentes. Os gradientes de pressão foram medidos em uma tubulação horizontal com diâmetro interno de 3,5 cm e comprimento de 4,7 m, em função da velocidade da suspensão (0,5–1,3 m/s) e da velocidade superficial do ar (0–0,2 m/s), para concentrações de areia entre 5% e 40% v/v. A injeção de gás reduziu o gradiente de pressão sempre que o escoamento se encontrava segregado, com a presença de leito móvel e elevada concentração de sólidos, e o aumentou quando as partículas estavam completamente suspensas. Os quarenta pontos experimentais, recuperados neste estudo por meio da digitalização das figuras originais, são apresentados em forma tabular pela primeira vez. O modelo original foi aprimorado em três aspectos: (i) a fração volumétrica de gás sem deslizamento foi substituída por uma estimativa, baseada no modelo de fluxo de deriva, da fração de gás in situ; (ii) a velocidade de sedimentação livre em água pura foi substituída pela velocidade de sedimentação impedida de Richardson–Zaki, tornando explícita a dependência em relação à concentração de sólidos; e (iii) permitiu-se que o fator de atrito da polpa, tratada como um pseudofluido, variasse em função do número de Reynolds. Com o fator de atrito de Blasius, a inclinação prevista do gradiente de pressão adimensional em relação ao logaritmo da velocidade da suspensão torna-se −(3 − 1/4) = −2,75, valor compatível com −2,79, publicado para os dados combinados de ampla faixa de velocidades deste trabalho e de Adams et al. (1995). A recalibração com base nos dados recuperados demonstra que a constante empírica do modelo aprimorado se mantém uniforme, com variação de até 15%, ao longo de uma faixa de concentração equivalente a 4,4 vezes, enquanto a constante do modelo original varia mais de 60%. O desvio absoluto médio do gradiente de pressão total previsto diminui de 20% para 15%, e o desvio máximo, de 73% para 36%. O conjunto de dados, que abrange concentrações de sólidos muito superiores às da maioria dos estudos publicados sobre escoamentos trifásicos, é disponibilizado como base de validação para modelos mecanísticos em camadas e simulações de dinâmica dos fluidos computacional (CFD).