CISÃO MECÂNICA DE POLÍMEROS FLEXÍVEIS NA REDUÇÃO DE ARRASTO EM ESCOAMENTOS TURBULENTOS ATRAVÉS DE CONTRAÇÕES

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dc.contributor.advisor1Soares, Edson José
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0003-4967-4957
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4485206584533650
dc.contributor.authorSilva, Ivanor Martins da
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0003-1472-5232
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/5003505468745903
dc.contributor.referee1Siqueira, Renato do Nascimento
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-8397-8180
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9791817633014124
dc.contributor.referee2Thompson, Roney Leon
dc.contributor.referee2IDhttp://orcid.org/0000-0002-3642-0766
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4870003562574001
dc.contributor.referee3Andrade, Rafhael Milanezi de
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-2839-3649
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/9241045307171389
dc.contributor.referee4Pereira, Anselmo Soeiro
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-6688-1013
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/0955392858700258
dc.contributor.referee5Cruz, Gilmar Mompean Munhoz da
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0003-0131-5402
dc.date.accessioned2024-05-30T00:49:39Z
dc.date.available2024-05-30T00:49:39Z
dc.date.issued2021-06-17
dc.description.abstractThis work presents an experimental study of drag reduction (DR) in turbulent flow by addition of polymers, specifically addressing polymeric degradation in fitting pipes (abrupt contractions). There are many studies in the literature on drag reduction in pipe, however, these studies generally assess the polymeric degradation as a whole in the pipe, that is, including pump, straight pipe, bends, tees, valves and reductions, without specifically evaluating the accessory. The practical application of drag reduction in long pipelines or industrial pipes makes it interesting to investigate how important the degradation in the accessories is in relation to the straight sections. Drag reduction in pipe fittings is still a relatively poorly studied topic. The objective of this work is to evaluate the conditions in which the polymer chain breaks in turbulent flow and the parameters that influence this important phenomenon. The evaluation of polymeric degradation in abrupt contractions is done on an experimental apparatus composed of tubes in series, with an internal diameter equal to 16.5 mm. Contractions with diameter ratio of 2x1 and 1.5x1 are used. In these tests, solutions of polyethylene oxide (PEO) diluted in filtered water are used, with concentrations of 25, 50, 100 and 200 ppm on mass basis. In order to evaluate the effect of molecular weight, Mv, on drag reduction, polymers with Mv, = 1.0 x 106 , 2.0 x 106 , 5.0 x 106 e 8.0 x 106 g/mol are used. The flow is driven by a compressor and the tests are carried out at constant pressure, with Reynolds number between 70,000 and 90,000. This study also evaluates the relationship between polymeric degradation, intrinsic viscosity and molecular weight, Mv. The study shows a reduction in Mv when DR falls due to mechanical degradation of the polymer. The loss of DR efficiency is quantified here, when there is an abrupt contraction in the pipeline, and it is found that this loss is significantly greater than when there is only a straight tube. A mathematical model is proposed to describe the drag reduction coefficient, DR, as a function of four variables: number of passes, Np, concentration of polymeric solution, c, molecular weight, Mv, and geometric factor, G. The relationship between the drop in DR and the drop in molecular weight is described. Finally, the molecular weight values of the degraded solution are obtained by measuring the intrinsic viscosity, using the Mark-Houwing equation.
dc.description.resumoNeste trabalho é apresentado um estudo experimental da redução de arrasto (DR, do termo drag reduction) em escoamento turbulento por adição de polímeros, abordando especificamente a degradação polimérica em acessórios de tubulação (contrações abruptas). Na literatura há muitos estudos da redução de arrasto em tubulação, porém, esses trabalhos avaliam geralmente a degradação polimérica como um todo na tubulação, ou seja, incluindo bomba, tubo reto, curvas, tês, válvulas e reduções, sem avaliar especificamente o acessório. A aplicação prática da redução de arrasto em dutos de grandes comprimentos ou tubulações industriais torna interessante a investigação de quão importante é a degradação nos acessórios em relação aos trechos retos. Redução de arrasto em acessórios de tubulação é um tema ainda relativamente pouco estudado. O objetivo deste trabalho é avaliar as condições em que ocorrem a quebra da cadeia polimérica e os parâmetros que influenciam esse importante fenômeno. A avaliação da degradação polimérica nas contrações abruptas é feita em uma bancada de tubulação, com tubo de 16,5 mm de diâmetro interno. São utilizadas as contrações com relação de diâmetro interno 2x1 e 1,5x1. Nesses testes são utilizadas soluções de óxido de polietileno (PEO) diluído em água filtrada, com concentrações de 25, 50, 100 e 200 ppm em base mássica. Com o objetivo de avaliar o efeito da massa molecular, Mv, na redução de arrasto, utiliza-se polímeros com Mv = 1,0 x 106 , 2,0 x 106 , 5,0 x 106 e 8,0 x 106 g/mol. O escoamento é impulsionado por um compressor e os testes são feitos com pressão constante, com número de Reynolds entre 70.000 e 90.000. Este estudo avalia também a relação entre degradação polimérica, viscosidade intrínseca e massa molecular Mv. O estudo mostra a redução de Mv quando DR cai devido à degradação mecânica do polímero. Os resultados mostram que a perda de eficiência de DR quando há uma contração abrupta na tubulação é significativamente maior do que quando há apenas trecho reto. Propõe-se um modelo matemático para descrever o coeficiente de redução de arrasto, DR, em função de quatro variáveis: número de passes pela bancada, Np, concentração da solução polimérica, c, massa molecular, Mv, e relação de raios da contração, R1/R2. É descrito a relação entre a queda de DR e a queda da massa molecular. Por fim, os valores de massa molecular da solução degradada são obtidos através da medição da viscosidade intrínseca, utilizando a Equação de Mark-Houwink.
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/14884
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectRedução de arrasto
dc.subjectdegradação polimérica
dc.subjectcisão mecânica
dc.subjectcadeia polimérica
dc.subjectperdas localizadas
dc.subjectcontração abrupta
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleCISÃO MECÂNICA DE POLÍMEROS FLEXÍVEIS NA REDUÇÃO DE ARRASTO EM ESCOAMENTOS TURBULENTOS ATRAVÉS DE CONTRAÇÕES
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typedoctoralThesis
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