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Title: Perda de eficiência em redução de atrito em escoamentos com altos números de Reynolds em tubos com pressão de entrada fixa
metadata.dc.creator: Sandoval, Gustavo Alonso Barrientos
Keywords: Redução de arraste;Degradação polimérica;Escoamento turbulento
Issue Date: 2015
Abstract: A adição de pequenas partes por milhão de polímero de alta massa molecular em escoamentos turbulentos produz uma significante diminuição do fator de atrito. Este fenômeno conhecido como redução de arrasto (𝐷𝑅) tem-se tornado de bastante interesse para a comunidade cientística e industrial devido às grandes vantagens nas diversas áreas da engenharia. Porém, a eficiência da redução de arrasto não é constante, devido à interação do aditivo com os vórtices turbulentos que causam a quebra da estrutura molecular da cadeia polimérica. Estudos têm reportado que essa degradação depende de fatores como: o número de Reynolds, a temperatura, o tipo de aditivo e a concentração e a massa molecular do mesmo. O fenômeno ainda não é completamente compreendido e muitos aspectos do problema carecem de investigação. Questões importantes são relacionadas ao desenvolvimento das estruturas turbulentas após a injeção do aditivo e a quebra ou a formação de agregados das moléculas do polímero. Investiga-se no presente trabalho a eficiência da redução de arrasto em soluções aquosas diluídas para três diferentes polímeros: Óxido de Polietileno (PEO), Poliacrilamida (PAM) e Goma Xantana (XG). Os dois primeiros são conhecidos como polímeros flexíveis, enquanto o último é considerado rígido. Uma bancada composta de tubulações com configuração em serie é utilizada para a realização dos experimentos, na qual o material da seção principal do teste é aço inoxidável com tratamento de brunimento. Os efeitos de 𝐷𝑅 produzidos pela variação da concentração e da massa molecular são analisados. Os principais resultados são apresentados em função da redução de arrasto absoluta. Também é exposto e quantificado o aumento da vazão e a diminuição na queda de pressão na tubulação, apesar de que os testes foram feitos à pressão constante na bancada. Visando-se observar a degradação, os resultados de 𝐷𝑅 absoluto são reorganizados e apresentados em termos do coeficiente de redução de arraste relativo, 𝐷𝑅′. Posteriormente, estes mesmos dados de 𝐷𝑅′ são ajustados mediante uma função de decaimento que é baseada na equação proposta por Pereira e Soares (2012) para um dispositivo cilíndrico rotatório. Finalmente, se mostram resultados promissores que são obtidos com a mistura dos polímeros em estudo.
The addition of small parts per million of high molecular weight polymer in turbulent flow produces a significant decrease in the friction factor. This phenomenon known as drag reduction (𝐷𝑅) has become of great interest for the industrial and scientist community because of the great advantages in several engineering areas. However, the drag reduction efficiency is not constant, due to interaction between the additive with turbulent eddies that causes the breakdown of the molecular structure of the polymer chain. Researches have reported that this degradation depends on factors as: Reynolds number, temperature, additive type, its concentration and molecular weight. The 𝐷𝑅 phenomenon is not completely understood and many aspects of the problem remain unclear. Important issues are related to the development of turbulent structures after the additive injection and the breaking or aggregation in the polymer molecules. In the present work is investigated the drag reduction efficiency in dilute aqueous solutions for three different polymers: Poly(ethylene oxide) (PEO), Polyacrylamide (PAM) and Xanthan Gum (XG). The first two are known as flexible molecules while the last one is considered rigid. An experimental apparatus made up of pipes disposed in series configuration is used for the realization of the experiments, in which the material of the main section of the test is of stainless steel with polished treatment. The drag reduction effects produced by the variation of the concentration and the molecular weight are analyzed. The main results are displayed in terms of absolute drag reduction. Besides that, is shown and quantified the flow rate increase and the decrease of the pressure drop in the pipe, despite of tests being conducted at a fixed inlet pressure in the apparatus. Aiming to observe the degradation, the absolute drag reduction results are reorganized and displayed in terms of a relative drag reduction, 𝐷𝑅′. Posteriorly, these same 𝐷𝑅′ data are adjusted by means of a decaying function that is based on the equation proposed by Pereira and Soares (2012) for a rotating cylindrical device. Finally, there are shown some promising results that are obtained by mixing the polymers studied in this work.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/1645
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