Estudo da influência da camada limite hidrodinâmica no desempenho de um tanque vertical de termoacumulação de água gelada durante o ciclo de descarga. - Milaré, Manoel Máximo (2008)
Quando água quente é introduzida em um tanque de termoacumulação vertical, durante o ciclo de descarga, ocorre uma mistura parcial dessa água com a água fria armazenada. A intensidade dessa mistura depende de parâmetros geométricos do difusor de entrada e da dinâmica do escoamento no início do processo. Inúmeros estudos têm sido desenvolvidos no intuito de se projetar adequadamente o difusor de entrada, de forma a minimizar essa mistura, que corresponde a uma perda de capacidade do tanque. Porém, há uma outra forma de perda de capacidade do tanque, devida aos efeitos viscosos do escoamento. Quando um fluido escoa dentro de um tubo, há a formação de uma camada limite hidrodinâmica, devida à viscosidade do mesmo. Na região do comprimento hidrodinâmico de entrada, em cada seção transversal do tubo e dentro da camada limite, os efeitos viscosos geram um gradiente (radial) de velocidade. Fora dessa camada (no núcleo), esses efeitos são desprezíveis e o fluido escoa com velocidade uniforme. Porém, ao longo desse comprimento, o movimento do fluido no núcleo é acelerado. O escoamento em um tanque vertical de termoacumulação ocorre na região do comprimento hidrodinâmico de entrada. Considerando que não haja mistura das massas de água quando se inicia a introdução da água quente, irá se forma uma superfície de contato entre as mesmas. Essa superfície, por possuir velocidade no núcleo maior que a velocidade média de descarga, atingirá o difusor de saída mais rapidamente. Assim, para que seja garantida descarga de água na temperatura da água armazenada durante todo o ciclo de descarga, a altura do tanque deverá ser maior que a altura determinada utilizando-se a velocidade média do escoamento, sem considerar os efeitos viscosos (modelo ideal). A diferença entre essas alturas constitui, por si só, uma perda de capacidade do tanque. O estudo dos efeitos do escoamento viscoso no desempenho do tanque mostra que dois números adimensionais surgem naturalmente: o número de Reynolds relativo ao diâmetro, ReØ, necessário para se determinar o comprimento hidrodinâmico de entrada, e o número f, que relaciona a posição da superfície de contato das massas de água com o comprimento hidrodinâmico de entrada. Os resultados mostram que a perda devida aos efeitos do escoamento viscoso pode não ser desprezível e que a escolha do diâmetro do tanque é de fundamental importância para minimizar esses efeitos. Também, a análise qualitativa do escoamento sugere que as perdas de capacidade do tanque nos ciclos de descarga e carga não são iguais, pois a diferença de densidade das massas de água age de maneira diversa em cada caso.