[pt] ESTUDO SOBRE A DEGRADAÇÃO DE POLÍMEROS REDUTORES DE ATRITO EM ESCOAMENTOS TURBULENTOS

[en] STUDY ON THE DEGRADATION OF DRAG REDUCING POLYMERS IN TURBULENT FLOWS

[pt] IAN DE SOUZA COSENZA

[pt] POLIMERO

[pt] REOMETRO

[pt] REDUCAO DE ARRASTO

[pt] ESCOAMENTO TURBULENTO

[en] POLYMER

[en] RHEOMETER

[en] DRAG REDUCTION

[en] TURBULENT FLOW

[pt] A redução de atrito é um tema de profundo interesse da indústria e demais setores de tecnologia, pois é responsável pela redução de gastos energéticos em diversos processos. O fenômeno da redução de atrito por adição de polímeros foi descoberto por Toms em 1948 e desde então vem sendo estudado por diversos pesquisadores para conseguir entendê-lo melhor. Apesar disso, ainda hoje, não se tem um consenso acerca dos mecanismos físicos que governam o problema. Este trabalho visa estudar a redução de arrasto do escoamento turbulento causada pela adição de polímeros em diferentes concentrações. Além disso, buscou-se avaliar a degradação desses polímeros com o tempo de residência na tubulação. Sabe-se que os polímeros se degradam devido ao cisalhamento, e que esta degradação é mais acentuada ao passar por bombas ou válvulas, por exemplo. Por isso, utilizou-se uma bancada de testes do tipo roda. Esse dispositivo consiste em uma tubulação montada sobre uma roda, formando um circuito fechado. O dispositivo é orientado na direção vertical, a tubulação é, parcialmente, preenchida com fluido e girada em torno do seu eixo. Assim, as paredes da tubulação se movem e o fluido se concentra na parte inferior da roda. Dependendo da velocidade de giro o escoamento se torna turbulento. Com isso, obtém-se um escoamento turbulento sem que esse passe por bombas, e assim é possível avaliar a degradação dos polímeros apenas devido à turbulência do escoamento. Sabe-se que a viscosidade extensional e o tempo de relaxação da solução polimérica são afetados quando os polímeros sofrem degradação. Logo, essas propriedades foram medidas nesse trabalho para fluidos com diferentes tempos de residência na tubulação. O trabalho mostra que, de fato, a turbulência do escoamento induz uma redução abrupta no tempo de relaxação da solução e que essa redução pode ser diretamente relacionada com a queda de performance dos redutores de atrito. Devido as baixas concentrações das soluções analisadas e consequente viscosidade extensional, encontrou-se dificuldades para caracterizar a degradação de mistura para elevados tempos de residência. Ainda assim, a metodologia utilizada parece ser promissora para estudos mais detalhados acerca da degradação de polímeros diluídos em alta concentração.

[en] Drag reduction strategies are subject of deep interest for industry and other sectors of technology, since they can reduce energy expenses in several processes. The phenomenon of drag reduction by addition of polymers was discovered by Toms in 1948 and has been studied by several researchers. Despite this, there is still no consensus about the physical mechanisms that govern the problem. This work aims at studying drag reduction on turbulent pipe flows caused by the addition of polymers in different concentrations. In addition, it was observed the degradation of polymeric solutions with the residence time in the pipeline. It is known that the polymers can degrade due to shear, and this degradation is more pronounced when subjected to high shear stresses such as in pumps or valves. Therefore, a wheel-type test bench was used. This device consists of a pipe mounted on a wheel, forming a closed circuit. The device is oriented in the vertical direction. The pipe is partially filled with fluid and rotated over its axis. Thus, the walls of the tubing move and the fluid is concentrated in the lower part of the wheel. Depending on the speed of rotation the flow becomes turbulent. Thereby, a turbulent flow is obtained without it passing through pumps, and thus it is possible to evaluate the degradation of the polymers only due to the flow turbulence. It is known that the extensional viscosity and the relaxation time of the polymer solution are affected when the polymers undergo degradation. Therefore, these properties were measured in this work for fluids with different residence times in the pipe. The work shows that, in fact, the flow turbulence induces an abrupt reduction in the relaxation time of the solution and that this reduction can be directly related to the performance of the friction reducers. Due to the low concentrations of the solutions analyzed and consequent extensional viscosity, difficulties were encountered in characterizing the degradation of the mixture for high residence times in the tube. Nevertheless, the methodology used seems to be promising for more detailed studies on the degradation of high concentration diluted polymers.

IGOR BRAGA DE PAULA

2019-09-18

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.45387