Redução da turbulência dentro da tubulação reduz 95% da energia do bombeamento

No que promete se tornar uma nova revolução para as indústrias química e petrolífera, além do bombeamento de água para uso urbano, Jakob Kühnen e Baofang Song, do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria, descobriram como domar a turbulência de fluidos circulando dentro de tubos.

Até agora, os cientistas sempre assumiram que, uma vez que um fluxo de líquido em um duto se torna turbulento, a turbulência persistirá por todo o trajeto - em outras palavras, a suposição era a de que a turbulência é estável.

O fluido tipicamente turbulento (em cima) em comparação com o fluxo laminar obtido pela equipe (embaixo).[Imagem: Jakob Kühnen]

Em seus experimentos, eles conseguiram desestabilizar a turbulência, fazendo com que o fluxo retornasse a um estado laminar, este sim, persistente.

A turbulência de um fluido em um duto exige que muito mais energia seja aplicada no bombeamento. Pelos cálculos da equipe, a eliminação da turbulência pode economizar 95% da energia requerida para bombear o fluido pelo duto - e estima-se que o bombeamento de água, gás natural e combustíveis responda por cerca de 10% do consumo global de eletricidade.

Fluxo laminar

Em vez de tentar reduzir localmente os níveis de turbulência dentro dos canos, como se faz hoje, a equipe austríaca atuou sobre ela para desestabilizá-la, o que acabou por gerar um fluxo laminar, eliminando os vórtices e movimentos caóticos do líquido - em um fluxo laminar, o fluido se movimenta em camadas paralelas que não se misturam.

O segredo está no perfil de velocidade, isto é, na variação da velocidade do fluxo quando ele é observado em diferentes posições ao longo da seção do tubo: O fluxo é mais rápido no meio do cano e bem mais lento próximo às paredes do cano.

Colocando rotores que reduzem essa diferença de velocidade entre o centro e as bordas, a equipe obteve um perfil mais "plano" da velocidade. Para esses perfis de fluxo, os processos que sustentam e criam redemoinhos turbulentos falham, e o fluido retorna gradualmente ao movimento laminar suave, permanecendo laminar até chegar ao fim do tubo.

A equipe descobriu ainda duas outras maneiras de obter o perfil plano de velocidade: Injetar líquido a partir da parede do cano e movimentar o próprio cano.

"Nas simulações computacionais testamos o impacto do perfil plano de velocidade para números de Reynolds até 100.000, e funcionou absolutamente em todos os casos. O próximo passo agora será fazer com que funcione também nos experimentos em altas velocidades," disse o professor Björn Hof, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Destabilizing turbulence in pipe flow
Jakob Kühnen, Baofang Song, Davide Scarselli, Nazmi Burak Budanur, Michael Riedl, Ashley P. Willis, Marc Avila, Björn Hof
Nature Physics
DOI: 10.1038/s41567-017-0018-3

SITE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. Turbulência domada dentro de canos reduz 95% da energia do bombeamento. 24/01/2018. Online. Disponível em www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=turbulencia-domada-dentro-canos-reduz-95-energia-bombeamento. Capturado em 07/05/2018. 

Navio com vela rotativa entra em testes

Existem projetos de navios a vela que tornam os cargueiros marítimos modernos bem parecidos com seus similares antes do advento do vapor, mas existem também designs que tornam o navio inteiro uma enorme vela.

O estaleiro finlandês Norsepower queria algo mais imediato, que tornasse possível dotar os navios atuais, que já estão navegando, de uma fonte adicional de impulso que lhes permita economizar combustível.

O teste está sendo feito com apenas uma vela rotativa, mas um cargueiro pode facilmente acomodar seis delas. [Imagem: RotorDEMO]

A solução encontrada é uma vela rotativa, uma versão modernizada de um rotor Flettner, inventado pelo engenheiro alemão Anton Flettner há cerca de 100 anos.

A vela rotativa baseia-se no efeito Magnus, pelo qual o vento que passa por um cilindro giratório move o ar mais rapidamente de um lado do que de outro, o que resulta em um empuxo a 90º da direção do vento - o efeito Magnus já foi usado para projetar bolas de futebol e um sistema de geração de eletricidade usando balões.

O rotor Flettner tira proveito do efeito Magnus. [Imagem: RotorDEMO]

A disponibilidade de materiais compósitos de última geração permitiu construir a vela rotativa de 24 metros com a resistência necessária, mas também com um peso que permite sua instalação rápida em navios já operacionais usando guindastes comuns.

A primeira vela rotativa foi instalada no navio M/S Viking Grace, que deverá ter uma redução no consumo de combustível de até 30% e redução de emissões de carbono de 900 toneladas por ano, dependendo da rota - durante os testes ele está fazendo o trajeto entre Turku, na Finlândia, e Estocolmo, na Suécia.

Os testes deverão durar até o final deste ano. Se as previsões de economia se confirmarem, o estaleiro estima que a vela rotativa poderá ser instalada em até 20.000 navios atualmente em circulação.