[pt] Coeficientes de perda de carga foram determinados experimentalmente no escoamento transversal a feixes de uma, duas e três fileiras de tubos de secção circular ou elíptica, com aletas contínuas, e correlacionados em função do Número de Reynolds característico do canal formado entre as aletas, na faixa de fluxo laminar, e isotérmico. A técnica utilizada consistiu no levantamento do campo de pressão do escoamento no canal para diversos valores de vazão. Os resultados são confiáveis, e apresentam um grau de incerteza satisfatório, compatível com a finalidade de aplicação a que esta pesquisa se propõe. A geometria estudada é utilizada em permutadores de calor compactos, principalmente em sistemas de condicionamento de ar. Uma das aplicações deste trabalho é o cálculo da potencia de bombeamento necessária para manter o escoamento através do feixe de tubos aletados de um permutador compacto. / [en] Head loss coefficients were determined by an experimental procedure, in the flow normal to banks with one, two and three rows of tubes of circular or elliptical cross-section, with continuous fins. The coefficients were correlated as function of the Reynolds Number of the channel space between the fins, for the laminar and isothermical flow. The pressure field was measured in the flow direction and in the vicinity of the tubes at several flow rates. The results are reliable, and show a satisfactory degree of uncertainty. The geometry studied here is used in compact heat exchangers, mainly in air conditioning systems. The data gathered in this work may be useful in the evaluation of the pumping power necessary to maintain the flow trhough the bundle of finned tubes of a compact heat exchanger.

[pt] Neste trabalho desenvolveu-se um programa numérico geral capaz de resolver as equações de transporte tridimensionais parabólicas típicas da modelagem de problemas da mecânica dos fluidos e transferência de calor e massa. Utilizou-se o método de diferença finitas com formulação em volumes de controle (volumes finitos) e o esquema de discretização power law. O método de discretização utilizado na direção principal do escoamento (direção parabólica) é totalmente implícito. O sistema de equações obtido é resolvido por métodos iterativos que simultaneamente incorporam a não-lineariade do problema. O aclopamento velocidade-pressão recebe tratamento especial para o plano transversal ao escoamento e para a direção parabólica. O algoritmo SIMPLEC (semi-implicit method for pressure-linked equations consistent) foi utilizado para resolver o aclopamento pressão-velocidade foi proposto no presente trabalho um método análogo ao SIMPLEC. O programa permite resolver escoamentos em coordenadas cartesianas (dutos retos com seção retangular) e coordenadas cilíndricas (dutos retos de seção circular assim como dutos curvos de seção retangular). Problemas teste tridimensionais parabólicos foram resolvidos e comparados com dados disponíveis na literatura, validando o programa e comprovando a generalidade do mesmo. / [en] In the present work, a general purpose computer program hás been developed to solve the three-dimensional transport phenomena equations governing problems of fluid flow, heat and mass transfer. The finite volume method has been used with the power-law discretization scheme. A totally implicit discretization method was used in the main flow direction (parabolic direction). The resulting system of algebraic equations is solved by iterative methods which take into account the non-linearity of the situation. The pressure – velocity coupling has received special treatment for the cross-section plane and for the parabolic direction. The SIMPLEC algorithm (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations Consistent) was used to resolve the pressure-velocity coupling in cross-section plane. In the present work, and approach similar to SIMPLEC was used to resolve the pressure-velocity coupling in the parabolic direction. The program allows one to obtain the flow field using cartesian cordinates (straight ducts with rectangular corss-section) and cylindrical coordinates (straigth ducts with circular cross-section) and cylindrical coordinates (straight ducts with circular cross-section as well as curved ducts with rectangular cross-section) Three-dimensional parabolic test problems were solved and the results were compared with available data from the literature, validating the program and ensuring the generality of it.

[pt] Na perfuração de poços é necessária a utilização de um fluido de perfuração que apresenta diversas funções. Esse fluido retorna para superfície pelo anular formado entre a coluna de perfuração e o poço, sendo fundamental a correta previsão desse escoamento. Uma análise dessa situação é extremamente complexa, uma vez que o fluido tem comportamento não Newtoniano, a coluna de perfuração apresenta rotação e é excêntrica, sendo que a excentricidade pode não ser constante ao longo do poço. Os trabalhos disponíveis na literatura estudam os efeitos da rotação e do comportamento do fluido, mas consideram a excentricidade constante. No presente trabalho as equações de conservação de quantidade de movimento e massa que governam o escoamento serão simplificadas utilizando a teoria da lubrificação, resultando em um problema com solução mais simples e baixo custo computacional. Modelos similares desprezam o efeito de curvatura, sendo válidos somente para razões de raio próximas da unidade. A formulação desenvolvida considera todos os termos, dando origem a uma teoria de lubrificação em coordenadas cilíndricas. A simplificação resulta em uma equação diferencial para o campo de pressão. O comportamento do fluido será avaliado através do método da Viscosidade Newtoniana Equivalente. A partir da solução é possível avaliar o perfil de velocidade que varia ao longo da coordenada axial. Os resultados foram validados a partir de soluções disponíveis na literatura (excentricidade constante). Além disso, os efeitos da variação da excentricidade no fator de atrito foram estudados e a existência de escoamento azimutal mesmo sem rotação da coluna foi observada. / [en] In drilling operation of wells it is necessary to use a drilling fluid that has many functions. Flow in the annular space between the drill pipe and the well occurs during the return to the surface. The correction prediction of this flow is important and the complete study is very complex: the fluid has non-Newtonian behavior, the drill pipe is rotating and a varying eccentricity of the drill pipe is possible. Previous analyses in the literature study effects of the rotation and the rheological behavior of the fluid, but consider a constant eccentricity along the axial coordinate. In this work, the equations of momentum and mass conservation that govern the flow is simplified by the lubrication approximation and a twodimensional problem that has simple solution and lower computational cost is obtained. Similar models available neglect the curvature and are only accurate for radius ratio close to one. The formulation developed in this work considers all terms, leading to a lubrication approximation in cylindrical coordinates. The consequence of this approximation is a differential equation for the pressure field. The rheological behavior of the fluid will be evaluated using the method of Equivalent Newtonian Viscosity. With pressure field is possible to determinate the velocity that varies along axial coordinate. The accuracy of the model was analyzed using solutions available in literature (constant eccentricity case). The results show the effects of the variation of the eccentricity on the friction factor and the existence of azimuthal flow even without rotation of the drill pipe.

[pt] O trabalho analisa a transferência de calor no escoamento de fluidos não-newtonianos através de uma contração abrupta circular de razão 4:1, com temperatura prescrita nas paredes sólidas. O escoamento de fluidos elásticos nesta geometria apresenta uma região de recirculação bem maior que no caso de fluidos Newtonianos. Esta alteração no padrão do escoamento altera significativamente o processo de transferência de calor. O escoamento representa uma boa modelagem do processo de extrusão de líquidos poliméricos. Resolvem-se as equações de conservação de momentum e energia desacopladamente, já que foi adotadas a hipótese de não variação das propriedades do fluido com a temperatura. A relação tensão – taxa de deformação foi feita através de dois modelos constitutivos, Newtoniano generalizado e Maxwell convectado. A hipótese de escoamento lento não foi adotada, como é usualmente feito na literatura da área. Deste modo, analisa-se separadamente a influencia dos efeitos elásticos e inerciais. As equações diferenciais foram integradas numericamente pelo método dos volumes finitos e o aclopamento velocidade\ pressão foi feito através do algoritmo SIMPLE. Pelos resultados obtidos, observa-se a importância da modelagem não newtoniana e da inclusão dos termos inerciais no estudo do escoamento e da transferência de calor no processo de extrusão de polímeros. / [en] It is well known that the flow of a non-Newtonian fluid through a sudden contraction exhibits a vortex in the corner region bigger than the one observed in the corresponding flow of a Newtonian Fluid. This change of pattern of the flow affects significantly the heat transfer at the wall. It was investigated the case og a a 4:1 circular contraction, with uniform temperature distrubuition at the solid walls. This problem represents a first approach for the analysis of the polymeric liquids extrusion process. The flow and temperature field have been obtained from the numerical integration of the conservation equations. To account for the flow dependence of the stress tensor, a generalized Newtonian model and a convected Maxwell model have been employed. The creeping flow hypothesis has not been adopted, so it was possible to analyse the elastic effects and the inertial effects separately. The nuemerical solution have been obtained via a finite-volume method. The results show the importance of the non-Newtonian modeling and of the inclusion of inertial terms in the study of the flow and beat transfer in the polymeric liquids extrusion process.

[pt] O presente trabalho descreve uma investigação referente ao movimento relativo entre partículas rígidas e fluidas de natureza Newtoniana ou Não-Newtoniana. Experimentos inéditos envolvendo partículas rígidas esféricas e cilíndricas são realizados com o objetivo de se validar uma teoria, que permite que parâmetros relevantes do escoamento perturbem pela presença de partículas rígidas, possam ser calculado em função de parâmetros do escoamento não perturbando-escoamento em ausência da partícula perturbadora. Embora a teoria refira-se, indistintamente, ao escoamento relativo entre a partícula rígida e o fluido, no âmbito do presente trabalho, e sem perda generalidade, estudou-se sempre a queda de partículas em um meio fluido estacionário. Três diferentes classes de sistema fluido-partícula foram investigadas-partícula cilíndrica e fluida Newtoniano, (ii) partícula e fluido Não-Newtoniano e (iii) partícula esférico e fluido Não Newtoniano. Para o caso de fluidos Newtonianos, além de se comprovar a teoria dentro dos limites do domínio de validade inicialmente previstos para esta (Rep menor que 2,0), são realizados experimentos que extrapolam este domínio, obtendo-se resultados surpreendentes, entre os quais, a constatação experimental da validade da teoria - originalmente desenvolvida para o Regime de Oseen, além deste regime. Apresenta-se, também, uma análise física fundamentada nas equações de movimento, objetivando explicar uma complexa transição de comportamento observada. Transição esta que, embora já detectada em trabalhos anteriores, carecia de uma interpretação física adequada. Experimentos envolvendo fluidos Não-Newtonianos puramente viscosos do tipo power law-apresentando diferente valores do expoente power law - 0,75 menor que n menor que 0,91 - e partículas rígidas esféricas ou cilíndricas, foram realizados no regime hidrodinâmico com Reynolds variando de 0,03 a 46. Os resultados obtidos comprovam a validade da teoria, ampliando seu domínio de validade a situações até então não investigadas. Com base no presente trabalho é sugerida uma original abordagem a respeito do comportamento da teoria, com a generalização e ampliação do seu domínio de validade. O trabalho apresenta, também, uma contribuição ao complexo processo de fabricação de fluidos Não-Newtonianos, com propriedades reológicas pré-determinadas, resumindo e criticando outras experiências esparsamente publicadas na literatura. Diferentes técnicas de viscosimetria são testadas objetivando-se a obtenção das propriedades reológicas dos fluidos utilizados. Com base em intercomparações de métodos realizadas, bandas de incerteza mais realistas foram propostas com condicionantes inerentes aos diferentes métodos testados. Finalmente, é apresentado um estudo relativo a influência que a proximidade das paredes do duto exerce na força de atraso viscoso atuante sobre a partícula. / [en] This work describes an investigation concerning the relative motion of solid particles in Newtonian and Non-Newtonian flows. Inedit experiments involving particles of spherical and cylindrical shapes are perfomed in order to validate a theory which allows properties of the disturbed flow to be measured by means of properties of the undisturbed flow. Based on the nature of the governing equations, physical insigts are provided in order to explain a radical change in behavior of the results obtained for particle Reynodls Number greater than 120. Without loss of generality,the present work refers to the free falling of a rigid particle in a stationary fluid, in order to study a more general case concerning the relative motion between the rigid particle and the fluid. There diferent class of fluid particle systems were investigated (i) cylindrical shape particle and Newtonian fluid, (ii) cylindrical shape particle and Non-Newtonian fluid (iii) cylindrical shape particle and Non-Newtonian fluid. Concernig experiments perfomed with Newtonian fluids, in adition to validate the theory within the Ossen regime, experiments were perfomed allowing the validation of theory far beyond the original Ossens regime. Based on these experiments and on the physical analysis of the nature of the governing equations, it is suggested an original analysis to explain the complex transition region observed. Although already quoted in the literature, this complex transition region was never fully explained. Experiments perfomed in Non-Newtonian fluids of the Power Law type, for diferents values of the Power Law expoent(0.75 lower or equal to less than 0,92)and solid spherical or cilyndrical particles, were performed in the hydrodynamical regim having Reynodls Number varying from 0.03 to 46. The obtained results, validate the theory and expand its aplication domains for physical situationsyet not studied. This work extends understanding of the complex process concernig fluid preparation, aiming previously desired rheological properties. Different measuring techniques were tested in order to qualify a method concerting the determination of the reological properties of the fluids employed in this research. Based on the systhematic intercomaparation method perfomed, a more realistic uncertainty band was attributed to each method verified. Finally, the work presents a study of the wall effect proximity on the viscous drag acting on the particle.

[pt] A transformação de coordenada introduzida por L. Crocco, para a solução do escoamento de fluidos compressíveis sobre a placa plana isotérmica, é utilizada de uma forma original, com o intuito de se aproveitarem as vantagens inerentes a esta transformação no método de Não-Similaridade Local, idealizado por E. M. Sparrow, na solução de camada limite não-similares incompreensíveis. A transformação de Crocco é aplicada às equações de conservação em convecção forçada que regem os escoamentos laminar, de propriedades físicas constantes e bidimensionais, em torno de sólidos. Dois problemas não-similares devido a forma da velocidade potencial, o cilindro em escoamento transversal e o escoamento desacelerado de Howarth, são resolvidos a fim de ilustrar-se este novo procedimento. Na solução destes casos considera-se inclusive o efeito da função dissipação. Os resultados dos problemas hidrodinâmico e térmico são comparados aos da literatura disponível e uma boa concordância foi observada. / [en] The coordinate trnsformation developed by L. Crocco to obtain the solution of the compressible fluid flows over isotermal flat plates is originally employed in the present work, with the purpose of adding its inherent advantage to the Non-Similarity Method idealized by E. M. Sparrow, in the solution of the incompressible non-similar boundary layers. The Croccos’s transformation is applied to the conservation equation for forced convection, laminar, Constant properties and two-dimensional flows freestream velocity distribution, the cylinder in crossflow and the Howarth’s retarded flow, are solved with a view to illustrating the new procedure. In those solutions the effect of frictional heat is also considered. The results of hydrodynamic and thermal problems are compared with available published information and good agreement was observed.