Redução de arrasto em escoamento monofásico e bifásico (líquido-líquido) com adição de polímeros solúveis em água e hidrocarbonetos

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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.authorBarbosa, Kelvin Cristien de Oliveira
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0003-0752-1485
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/6938448221920237
dc.contributor.referee1Siqueira, Renato do Nascimento
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-8397-8180
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9791817633014124
dc.contributor.referee2Ramos, Rogério
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0003-4493-2435
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/2975022316691139
dc.contributor.referee3Franco, Admilson Teixeira
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-7977-6404
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3561428456009236
dc.contributor.referee4Oliveira, Márcia Cristina Khalil de
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-8820-8567
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/2392018269619309
dc.date.accessioned2025-02-12T12:45:59Z
dc.date.available2025-02-12T12:45:59Z
dc.date.issued2025-01-10
dc.description.abstractThis work presents an experimental study on drag reduction (DR) in single-phase and liquid-liquid two-phase turbulent flows through the addition of polymers. The literature contains studies on drag reduction in two-phase flows; however, most investigations focus on gas-liquid flows or liquid-liquid flows with the polymer dissolved in the aqueous phase. In various industrial sectors, two-phase flow is a common occurrence, particularly in the oil and gas industry, where one of the main objectives is to enhance production flow rates. Consequently, there is growing interest in studying the effects of drag-reducing polymer additives in two-phase flows. The objective of this study is to evaluate the effect of polymers (soluble in both water and hydrocarbons) on pressure gradient reduction (drag reduction) and to analyze polymer degradation in single-phase and liquid-liquid two-phase flows. A water-soluble polymer (Diutan Gum 3 DG) and a hydrocarbon-soluble polymer (Polyisobutylene 3 PIB) with three different molecular weights are used. For the hydrocarbon-soluble polymer, rheological characterization, preliminary DR tests in single-phase flows, and degradation analysis for the three molecular weights are performed. As expected, drag reduction increases with higher polymer concentration and molecular weight. In two-phase flow experiments, the flow pattern is dispersed due to high flow rates. The effects of DG and PIB solutions are analyzed separately and in combination. It is concluded that drag-reducing additives are more effective in the dominant phase, meaning that the water-soluble additive is effective for water fractions greater than 0.5, while the hydrocarbon-soluble additive is effective for water fractions below 0.5. As expected, increasing DG concentration results in higher DR; however, an increase in flow rate when using only DG does not lead to further DR improvement. On the other hand, for PIB, an increase in flow rate results in greater DR. When both phases contain additives, a reduction in pressure is observed compared to the case without additives across the entire range of water fractions. Additionally, it is noted that at low concentrations (low water fractions), water droplets also contribute to drag reduction. PIB degradation increases as the total two-phase flow rate rises and is further intensified when the aqueous phase is also treated with additives
dc.description.resumoNeste trabalho é realizado um estudo experimental sobre a redução de arrasto (DR, do termo “drag reduction”) em escoamentos turbulentos monofásicos e bifásicos (líquido-líquido) por meio da adição de polímeros. Na literatura são encontrados estudos sobre a redução de arrasto em escoamentos bifásicos; contudo, a maioria investiga escoamentos gás-líquido ou líquido-líquido com o polímero diluído na fase aquosa. Em diversas áreas da indústria, o escoamento bifásico está presente, especialmente na indústria de petróleo e gás, sendo que os principais objetivos do setor é aumentar a vazão de produção. Assim, há crescente interesse em investigar os efeitos da adição de polímeros redutores de arrasto em escoamento bifásico. O objetivo do presente trabalho é avaliar o efeito de polímeros (solúveis tanto em água quanto em hidrocarbonetos) na redução do gradiente de pressão (redução de arrasto) e analisar a degradação de polímeros em escoamentos monofásico e bifásico (líquido-líquido). É utilizado polímero solúvel em água (Goma Diutana 3 DG) e polímero solúvel em hidrocarbonetos (Poliisobutileno 3 PIB) em três diferentes massas moleculares. Para o polímero solúvel em hidrocarbonetos, são realizados a caracterização reológica, testes preliminares de DR em escoamentos monofásicos e a análise da degradação para as três massas moleculares. Como esperado, a redução de arrasto aumenta com o incremento da concentração e massa molecular do polímero. Nos experimentos bifásicos, o padrão de escoamento é disperso devido às altas vazões. É estudado, separadamente e em conjunto, as soluções de DG e PIB. Conclui-se que os redutores de arrasto são mais eficazes apenas na fase predominante, ou seja, o redutor de arrasto na água é eficaz para frações de água superiores a 0,5, e o redutor de arrasto no hidrocarboneto, para frações de água inferiores a 0,5. Como esperado, o aumento da concentração de DG resulta em aumento de DR. Porém, o aumento da vazão quando apenas a DG é utilizada não resulta em aumento de DR. Por outro lado, para o PIB, o aumento de vazão resulta em aumento de DR. Quando ambas as fases contêm aditivos, observa-se redução na pressão em comparação com o caso sem aditivos, ao longo de toda a faixa de frações de água. Além disso, destaca-se que, em pequenas concentrações (baixas frações de água), as gotas de água também atuam como redutoras de arrasto. A degradação do PIB é maior à medida que aumenta a vazão total do escoamento bifásico, sendo intensificada quando a fase aquosa também está aditivada
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (Fapes)
dc.description.sponsorshipPetróleo Brasileiro S/A (Petrobras)
dc.description.sponsorshipPetrobras
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/18331
dc.languagepor
dc.language.isopt
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.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectRedução de arrasto
dc.subjectEscoamento monofásico
dc.subjectEscoamento bifásico
dc.subjectDegradação polimérica
dc.subjectPoliisobutileno (PIB)
dc.subjectDrag reduction
dc.subjectSingle-phase flow
dc.subjectTwo-phase flow
dc.subjectPolymer degradation
dc.subjectPolyisobutylene (PIB)
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleRedução de arrasto em escoamento monofásico e bifásico (líquido-líquido) com adição de polímeros solúveis em água e hidrocarbonetos
dc.typedoctoralThesis
foaf.mboxkelvincristien@hotmail.com
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