Tese: Estudo Experimental da Redução de Atrito em Escoamentos em Dutos por Adição de Polímero
Aluno(a) : Patrick Paquelet PereiraOrientador(a): Luis Fernando Azevedo
Área de Concentração: Petróleo e Energia
Data: 14/09/2009
Link para tese/dissertação: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=15416@1
Resumo: O efeito da adição de polímeros redutores de arraste em escoamentos vem sendo largamente estudado ao longo dos anos. Apesar de já ser utilizado em escala industrial, ainda nío há um perfeito entendimento sobre o mecanismo pelo qual a redução de arraste ocorre. Apesar dos inúmeros trabalhos publicados sobre este tema, ainda nío há consenso sobre como o polímero interage com o fluido. As tecnologias de medição mais recentes nos permitem verificar com mais exatidío as variações nas propriedades do escoamento geradas pala adição de polímeros. Conhecendo essas variações, podem-se tecer novas teorias, ou mesmo desenvolver polímeros mais eficientes para cada tipo de aplicação. O presente trabalho descreve os experimentos realizados para estudar os efeitos da adição de polímeros sobre os perfis de velocidade de um escoamento turbulento desenvolvido. O objetivo é estudar os mecanismos de redução de arraste observando os efeitos causados na queda de pressío, perfis de velocidade e intensidade de turbulência utilizando a velocimetria por imagem de partículas (PIV) como técnica experimental para medição do campo completo de velocidade. Optou-se pela utilização da técnica PIV em sua forma estereoscópica (SPIV) para a determinação do campo de velocidade tri-dimensional. Para a realização dos experimentos foi especialmente projetada e construída uma seção de testes que permitisse a realização de medidas de queda de pressío, além da medição de velocidades utilizando a técnica óptica SPIV. Além da cuidadosa seleção dos instrumentos para medição de vazío e queda de pressío, o projeto da seção de testes seguiu premissas para garantir a confiabilidade dos resultados. Para a validação da seção de testes, os resultados dos ensaios com água pura foram comparados com resultados conhecidos da literatura. Em seguida foram realizados experimentos com polímero e os resultados (como perfis de velocidade média, instantânea e perfis de flutuações de velocidade) comparados com as medidas para água pura. Foram realizados experimentos para quatro vazões distintas com e sem polímero. Para cada ensaio foram computados 600 campos de velocidade instantâneos. Os testes realizados abrangeram somente o regime de escoamento turbulento onde observa-se a redução de arraste pela adição de polímeros. Conseguiu-se uma redução no atrito da ordem de 50% antes da degradação do polímero. Foi possível mostrar que o efeito da redução de arraste pela adição de polímeros depende diretamente do número de Reynolds do escoamento. Para Reynolds baixo ( < 10.000 ) nío foi observada redução na perda de carga. No campo médio de velocidades foi observado um alargamento da camada de transição para o escoamento com a adição de polímeros, gerando um deslocamento do perfil de velocidades na regiío logarítmica. O perfil de tensões apresentou uma redução para o escoamento com polímero em relação à água pura, e apresentou um déficit de tensío. Isto significa que o polímero tem uma significativa contribuição no perfil de tensões principalmente próximo à parede.