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Um estudo realizado na UFSC para ajudar a desenvolver modelos que resultem em processos e produtos mais eficientes e sustentáveis para as indústrias química, petrolífera e de energia recebeu a menção honrosa no Prêmio da Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas (ABCM), na categoria Tese de Doutorado. O trabalho Experimental and numerical investigation of gas-liquid flows in the presence of Taylor and dispersed bubbles, de Rafael Franklin Lázaro de Cerqueira, com orientação de Emilio E. Paladino, professor de Engenharia Mecânica, investiga as chamadas “bolhas de Taylor”, pequenas e grandes bolhas de ar presentes em determinados processos industriais.

De acordo com Cerqueira, isso pode ocorrer em tubulações de produção e transporte de petróleo e gás e em equipamentos como separadores, trocadores de calor, bombas, ou sistemas de refrigeração, cobrindo inúmeras áreas e processos de engenharia. “Bolhas de gás podem estar distribuídas em diferentes formas e tamanhos, entranhadas em um filme de líquido, gotas em uma fase gás contínua, tudo acontecendo no mesmo processo”, explica.

Para estudar o fenômeno, o pesquisador montou uma bancada no Laboratório de Simulação Numérica em Mecânica dos Fluidos e Transferência de Calor da UFSC. A ideia era reproduzir um escoamento bifásico real, em que pequenas e grandes bolhas de ar foram injetadas em uma tubulação vertical. Escoamentos bifásicos são aqueles em que se pode observar uma distinção nas fases presentes “A dinâmica das bolhas de ar foi filmada por uma câmera rápida, e as filmagens foram posteriormente analisadas e processadas por códigos computacionais”.

Cerqueira explica que os escoamentos gás-líquido bifásicos podem ser encontrados em diferentes padrões ou configurações de escoamento, com diferentes escalas de comprimento interfaciais. Para ilustrar o que isso representa, ele usa um exemplo de fácil identificação na natureza: o da quebra de uma onda na praia. “Pode-se encontrar pequenas gotículas de água sendo ejetadas por sua crista e pequenas bolhas de ar presas dentro da onda, formando uma espuma. Estas gotas e bolhas podem ser vistas como estruturas com interfaces de pequena escala, já que seus comprimentos característicos são ordens de grandeza menores que o comprimento da onda”.

“As diferentes escalas interfaciais podem interagir umas com as outras de forma complexa”, indica. De acordo com os resultados do estudo, as pequenas bolhas dispersas no experimento afetaram a estrutura do escoamento ao redor das bolhas de Taylor, alterando o movimento ascendente da interface em grande escala. Segundo o pesquisador, isso fornece informações para o desenvolvimento de um modelo numérico que seria o primeiro passo para a simulação de escoamentos complexos, comuns na área da indústria de óleo e gás. Este modelo também pode ser estendido para escoamentos em que há mudança de fase, como condensação e evaporação, comum em muitas áreas na indústria de energia.