[pt] Os materiais termoplásticos compósitos, tais como o polipropileno reforçado com fibras de vidro curtas, são usados cada vez mais em diversos setores industriais. O reforço da fibra de vidro é uma forma utilizada para melhorar as propriedades mecânicas dos termoplásticos, devido ao elevado módulo das fibras e à melhor adesão entre as fibras e a matriz polimérica. No entanto, há poucas informações referentes às propriedades desses fluidos na literatura. No presente trabalho, um estudo das propriedades cisalhantes e elongacionais do polipropileno reforçado com fibras de vidros curtas é apresentado. As viscosidades cisalhantes e elongacionais foram obtidas em um reômetro capilar através da medição da queda de pressão na entrada convergente de um capilar axissimétrico. Utilizaram-se duas geometrias diferentes na entrada do capilar, para a obtenção dos dados experimentais: as geometrias semi-hiperbólica convergente e cônica convergente. Neste último, a viscosidade elongacional foi obtida a partir da queda de pressão na entrada, utilizando as análises de Cogswell e Binding. Simulações numéricas foram realizadas com o objetivo de investigar o comportamento do polipropileno em um processo de extrusão. As equações de conservação de massa e quantidade de movimento foram resolvidas utilizando o método dos elementos finitos a partir do programa comercial Polyflow (Ansys). Para modelar o comportamento da mecânico viscoelástico do polipropileno foram utilizados os modelos de Maxwell, Oldroyd-B e Phan-Thien Tanner (PTT), no entanto a comparação entre os resultados numéricos e os experimentais obtidos no reômetro capilar não apresentaram concordância satisfatória. / [en] Composite thermoplastic materials, like glass fiber reforced polypropropylene, are used increasingly in several industries. In particular, glass fiber reinforcement is used to improve the mechanical properties of thermoplastics, due to the high fiber modulous and to the better adesion between the fibers and the polymeric matrix. However, few data of material properties of these fluids are avaiable in the literature. In this work, a study of shear and elongational properties of a commercial short glass fiber reinforced polypropylene is presented. The shear and elongational viscosities were obtained using the pressure drop measured at a capillary rheometer, with axisymmetric converging dies. Two different die geometries were used: semihyperbolically convergent dies and conical convergent dies. In the last case, the elongational viscosity was obtained using the Cogswell and Binding analysis. Numerical simulations were also performed, to investigate the flow field through the extrusion die process, and to evaluate the pressure drop and elongational viscosity. The conservation equations of mass and momentum were solved via the finite element method, using the commercial program POLYFLOW (Ansys). The Maxwell, Oldroyd B and Phan Thien-Tanner (PTT) constitutive equations were used to model the viscoelastic mechanical behavior of Polypropylene, but the comparison between numerical results and experimental data obtained from the capillary rheometer did not show good agreement.

[pt] O sucesso da operação de perfuração de poços de petróleo provém da incessante pesquisa científica que busca soluções e melhorias às diversas etapas deste processo. A correta formulação dos fluidos de perfuração e suas medições reológicas são parte fundamental neste cenário. O objetivo deste estudo é investigar o funcionamento de um viscosímetro Fann 35A e a metodologia utilizada para caracterização reológica de fluidos de perfuração, mediante comparação com um reômetro rotacional. Por conseguinte, diferentes fluidos, tais como soluções poliméricas e fluidos de perfuração, foram analisados com a finalidade de propor novas recomendações e aprimorar o uso do equipamento, comumente utilizado pelas companhias de petróleo. Curvas de escoamento e testes de força gel foram executados e, os resultados mostraram que as equações API são responsáveis pela determinação errônea dos parâmetros reológicos destes fluidos. Além disso, foi realizado um estudo teórico da relação entre a pressão e vazão em escoamento em tubo e espaço anular. Observou-se que a escolha precisa da função de viscosidade é imprescindível para o correto dimensionamento de bomba. Ademais, uma geometria ranhurada foi projetada e desenvolvida a fim de evitar os efeitos do deslizamento aparente em baixas taxas de cisalhamento. A força gel, medida importante para avaliar o reinício do escoamento em poços de petróleo, também foi avaliada e apresentou resultados bastante divergentes dos obtidos no reômetro. O gel adicional exibiu respostas significativas e assim, sua utilização é indicada. Por fim, as melhorias e metodologias propostas mostraram-se promissoras, embora em alguns casos não possua valia pelo custo benefício. A incorporação das recomendações obtidas no presente estudo garante aquisição com maior acurácia da reologia de fluidos de perfuração e, consequentemente, desempenho correto de algumas funções atribuídas ao mesmo, evitando assim ocorrência de sérios problemas operacionais, ambientais e financeiros. / [en] The success of a drilling operation in an oil well emerges from the unrelenting scientific research for solutions and improvements to the various stages of this process. The correct formulations of drilling fluids and their rheological measurements are essential to this scenario. This study aims to investigate the functionality of a rotational viscometer 35A and the methodology used to characterize the fluids’ rheology through the comparison with a rotational rheometer. Hence, different fluids, such as polymeric solutions and drilling fluids, were analyzed to propose new standards and improve the equipment operation, generally used by the oil companies. The results show that API equations are responsible for the inaccurate determination of these fluids rheological parameters. Besides, a theoretical study of the relationship between pressure and flow rate in a tube and annular flow was performed. It was observed that the choice of viscosity function is extremely important to determine the correct pump size. Also, a roughed geometry was designed and developed for the viscometer to avoid wall slip at low shear rates. The gel strength, an important parameter to analyze restart of flows in oil wells, was analyzed and presented expressively divergent results from those obtained with a rheometer. The additional gel strength showed interesting results that indicate its use. Finally, the improvements and proposed methodology were found to be promising, although in some cases, it is not worth the cost-benefit analysis. The use of this present study s recommendations guarantees the accuracy of drilling fluids rheology and, consequently, a good performance of some of its functions, avoiding the occurrence of serious operational, environmental and financial problems.

[pt] As propriedades reológicas na interface ar/água de modelos de surfactantes pulmonares (DPPC, DPPC:DPPG, DPPC:DPPG:Colesterol, Survanta e Curosurf) foram investigadas utilizando técnicas de cisalhamento superficiais (reometria de cisalhamento interfacial) e dilatacionais (tensiometria da gota pendente). Assim, alguns parâmetros de interesse foram obtidos para o estudo da viscoelasticidade das amostras (como viscosidade e módulos de armazenamento e perda) e as limitações das técnicas também foram analisadas. Os experimentos foram realizados de forma dinâmica, em que a faixa de frequência de interesse abrange, inclusive, a frequência respiratória de um atleta. Os resultados obtidos mostram a maior viscosidade do Survanta, frente ao Curosurf, e mostram o caráter intermediário do DPPC, que pode ser alterado pela adição de DPPG (aumentando a elasticidade) e Colesterol (aumentando a viscosidade), sugerindo que a mistura DPPC:DPPG pode ser mais adequada do que com DPPC:DPPG:COL para simular o comportamento do surfactante pulmonar. A reometria dilatacional não se mostrou aplicável ao estudo dos surfactantes, o que pode ser causado pela alta viscoelasticidade e relativa instabilidade do Survanta. / [en] The interfacial rheological properties of lung surfactants models (DPPC, DPPC:DPPG, DPPC:DPPG:Cholesterol, Survanta and Curosurf) at the air/water interface were investigated using shear (interfacial shear rheometry) and dilatacional (pendent drop tensiometry) techniques. Thus, some parameters of interest were obtained to study the viscoelasticity of the samples (such as viscosity and storage and loss modules) and the limitations of the techniques were also analyzed. The experiments were carried out dynamically, in which the interest frequency range includes the respiratory rate of an athlete. The results obtained show the higher viscosity of Survanta, compared to Curosurf, and show the intermediate character of DPPC, which can be altered by addition of DPPG (increasing the elasticity) and Cholesterol (increasing the viscosity), suggesting the DPPC:DPPG mixture may be more suitable than with DPPC:DPPG:CHOL to simulate the lung surfactant behavior. The dilatacional rheometry does not shown to be applicable for surfactants studies, which can be caused by the high viscoelasticity and relative instability of Survanta.

[pt] Na indústria de óleo e gás, a paralisação da produção e do transporte nas linhas de fluxo causadas pela deposição de compostos orgânicos e inorgânicos rendem enormes perdas financeiras e preocupações ambientais. Um dos fatores mais comuns e críticos na deposição orgânica está relacionado com a formação de hidratos de gás, que são sólidos cristalinos de base aquosa, fisicamente semelhantes ao gelo, formados em condições de alta pressão e baixas temperaturas. Devido a esses fatos preocupantes, fenômenos relacionados aos hidratos, como formação, dissociação e formas de mitigação, vêm sendo estudados há anos por pesquisadores. Neste trabalho foram realizados experimentos para analisar a formação de hidrato de gás de etano em emulsões água em óleo, através de uma análise reológica baseada na variação de pressão, taxa de cisalhamento e fração de volume de água, e usando as geometrias vane e de cilindros concêntricos. Testes de varredura de tempo de alta pressão foram realizados, e os resultados foram apresentados através de curvas de viscosidade e pressão. A quantidade de água convertida em hidrato também foi estimada através da equação de estado e relacionada com a viscosidade das pastas de hidratos formadas. Os resultados obtidos mostram que o período de indução foi reduzido pelo aumento do subresfriamento, corte de água e taxa de cisalhamento. Quanto maior a fração de volume de água, maior o nível atingido pela viscosidade quando identificada a formação de hidratos. A viscosidade relativa, após a formação do hidrato, foi estudada. Esse conhecimento proporcionou uma compreensão mais efetiva de algumas diferenças observadas entre as duas geometrias. E para complementar o estudo, foram realizadas rampas de taxa de cisalhamento mostrando semelhanças entre os três resultados com cilindros concêntricos, mas diferenças entre os resultados com geometria vane. Ambas as geometrias, vane e cilindros concêntricos, foram consideradas adequadas para estudar a formação de hidratos e resultados qualitativos semelhantes foram obtidos. / [en] In the oil and gas industry, the stoppage of the production and transportation flowlines caused by the deposition of organic and inorganic compounds yields huge financial losses and environmental concerns. One of the most common and critical inorganic deposition is related with gas hydrates, which are crystalline water-based solids, physically similar to ice, formed in conditions of high pressure and low temperatures. Due to the worrying facts, phenomena related to hydrates, as formation, dissociation, and forms to its mitigation have been studied for years by researchers. In this work, experiments were carried out to analyze ethane gas hydrate formation in water-in-model oil emulsions, through a rheological analysis based on the variation of pressure, shear rate and water volume fraction, and using the vane and concentric cylinder geometries. High pressure time sweep tests were performed, and the results were presented through viscosity and pressure curves. The amount of water converted to hydrate was also estimated through the equation of state and related to the viscosity of the hydrate slurries formed. The results obtained showed that the induction period was reduced by increasing the subcooling, water cut, and shear rate. The higher the water volume fraction, the higher the level reached by viscosity when hydrate formation is identified. The relative viscosity after hydrate formation was studied. This knowledge provided a more effective understanding of some differences observed between the two geometries. And to complement the study, shear rate ramps were performed showing similarities between results with concentric cylinders but differences with vane. Both geometries, vane and concentric cylinders, seem to be adequate to study hydrate formation and similar qualitative results were obtained.