Estruturas fluídicas em cavitação hidrodinâmica

Abstract

O presente trabalho pretende dar seguimento a uma dissertação realizada no ano 2015 por Mário da Silva Gomes denominada “Cavitação hidrodinâmica para tratamento de águas”. Sendo um dos mais recentes métodos a ser explorado na área do tratamento de águas, a cavitação hidrodinâmica tem-se revelado uma alternativa atrativa a nível económico e ambiental. Este fenómeno consiste na formação, crescimento e colapso de bolhas resultante de uma redução da pressão local abaixo do valor da pressão de vapor para as condições locais, redução essa causada pela passagem de um escoamento por um constrangimento. Apesar do sucesso deste método à escala laboratorial, ainda não foi conseguida a sua transição para a escala industrial. Tal transição passa por um conhecimento mais aprofundado do fenómeno, a fim de uma manipulação correta de parâmetros geométricos e operacionais dos dispositivos usados para gerar cavitação. Este trabalho teve como objetivos o estudo das condições da formação de cavitação hidrodinâmica para diferentes configurações de constrangimentos e o registo e avaliação das estruturas fluídicas criadas durante o fenómeno. Para isso recorreu-se a uma instalação experimental que possibilitou o estudo do fenómeno, com uma secção de ensaios que permitiu mudar a configuração de constrangimentos manualmente, seja pela mudança de geometria, número ou disposição destes. Os resultados evidenciaram que tanto a geometria como a adição de um constrangimento possibilitaram diferentes condições dinâmicas para o aparecimento de cavitação e influenciaram a forma das estruturas fluidodinâmicas criadas por cavitação. Surge assim a necessidade de dar seguimento à investigação, com a finalidade de desenvolver um design ótimo para a geração de cavitação hidrodinâmica com melhor eficiência e passível de ser transposto à escala industrial.

This work intends to follow up on the thesis entitled "Hydrodynamic cavitation for water treatment" written by Mário da Silva Gomes in 2015. Being one of the most recent methods explored in the field of water treatment, hydrodynamic cavitation turns out to be an economically and environmentally attractive alternative. This phenomenon consists of the formation, growth and collapse of bubbles as a result of a local pressure decrease below vapor pressure for the local conditions, caused by the passage of a flow on a constraint. Despite the success of this method on laboratory scale operation, its transition to industrial scale wasn’t yet achieved. Such transition depends on a deeper knowledge about the phenomenon in order to manipulate correctly the geometric and operating parameters of cavitation reactors. The main goals of this work were the study of hydrodynamic cavitation occurrence conditions for different constraints configurations and the recording and evaluation of the fluidic structures created during the phenomenon. To achieve that, an experimental set-up was used to study the phenomenon. Its test section allowed a manual configuration of the constraints by changing their geometry, amount and arrangement. The results showed that the geometry, as well as the addition of a constraint, led to different dynamic conditions for the incipience of cavitation and affected the shape of the fluid dynamic formations created by cavitation. Therefore, the necessity arises to continue the research, aiming at the development of an optimal design for hydrodynamic cavitation generation with better efficiency and able to be transposed to industrial scale.