[pt] Efetuou-se um estudo numérico do escoamento entre cilindros concêntricos e excêntricos girantes com efeitos de dissipação viscosa presente. Assumiu-se que o cilindro interno estava girando com uma velocidade angular constante e que o externo estava fixo. Assumimos a condição de contorno de não deslizamento para velocidade em ambas as paredes. A temperatura do fluido nas paredes dos cilindros foi assumida constante e seu campo assumimos ser governado por efeitos de convecção e condução, com uma fonte de energia proveniente da dissipação viscosa do escoamento. A viscosidade do fluido foi assumida variável com a temperatura. A discretização espacial foi feita por elementos finitos através de funções de base lineares, mais uma função estabilizadora para velocidade no caso dos cilindros excêntricos. O método das características foi usado no problema excêntrico. Resultados computacionais ilustram a eficiência da técnica adotada. / [en] A computational study of viscous flow between concentric and eccentrically rotating cylinders in presented in which the effect of viscous dissipation is taken into account. The inner cylinder is assumed to be rotating at constant speed with respect to the outer one. We assume a no-alip boundary condition for the velocity on both walls. The temperature of the fluid is assumed to be constant on the cylinders and its distribution is assumed to be governed by both conduction and convection, with a supplementary soure of energy du to the effects of viscous dissipation. The viscosity is assumed to be varies with temperature. The space discretization is based on piecewise linear finite elements, with velocity stabilization in case of the eccentrically cylinders. The method of characteristics is used for time integration in the eccentrically problem. Numerical results illustrate the efficienty of the adopted approach.

[pt] O fato de que as bolhas ao atravessarem uma interface liquido-liquido podem aprender em seu entorno uma película, da fase inferior e conduzi-la através da fase superior, tem dado ensejo a vários trabalhos de pesquisa nesta Universidade. Neste, em particular se fez um estudo experimental da influência da tensão interfacial na quantidade de líquido transportado e na velocidade das bolhas transportadoras, quando a fase líquida superior tem viscosidade cinemática elevada. Usou-se para fase superior um líquido com viscosidade 60cS, composto de 15 por cento de Varsol e 85 por cento de Nujol. As tensões interfaciais 12,5 e 21,5 din/cm foram obtidas adicionando pequenas quantidades do agente tenso-ativo Teepol na água filtrada usada como fase inferior e que proporcionou a tensão interfacial 26,2 din/cm. Verificou-se que a tensão interfacial oi é de pouca relevância na quantidade de líquido transportado, e na velocidade terminal das bolhas transportadas, tendo entretanto grande influencia na faixa de diâmetros destas bolhas. A faixa das bolhas transportadas diminui com o aumento da tensão interfacial, e ambos os limites tendem a um valor intermediário, existindo uma tensão oi limite, a partir da qual o fenômeno de transporte de película deixa de ocorrer. / [en] The fact thjat bubbles passing through a liquid-liquid interface may acquire na enveloping layer, from the lower phase and carry it trough the upper phase hás provided na opportunity for many research Works at this UNiversity. In this particular work an experimental study of the influence of the interfacial tension on the quantity of liquid transported and on the speed of the rising bubbles was conducted for upper liquid phases with high kinematic viscosity. A liquid with a viscosity of 60cs, composed of 15 per cent Varsol and 85 per cent Nujol was uses as upper phase. Interfacial tensions of 12,5 and 21,5 din /cm were obtained by adding small quantities of the tense-active agente teepol in the filtered water which was used as the lower phase and which had an interfacial tension of 26,2 din/cm in the pure state. The interfacial tension was observed to exert a small influence on both the quantity of transported liquid and on the terminal velocity of transported liquid and on the terminal velocity of the rising bubbles. Llowever a great influence was found on the diameter range of these bubbles. The range of the transporting bubbles was found to decrease with increasing interfacial tension and both the upper and lower limits tend toward an intermediary value above which the transport phenomenon no longer exists.

[pt] Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma metodologia para determinação experimental da viscosidade de solos, visando subsidiar estudos associados ao desenvolvimento de corridas de massa. Este parâmetro reológico é importante não somente para a determinação dos valores de velocidade, como também para a delimitação de áreas a serem afetadas por tal tipo catastrófico de movimento. Para o alcance do referido objetivo, foi desenvolvido um equipamento a partir de adaptações no conjunto de abatimento de tronco de cone, utilizado para a realização de estudos em concreto, e estabelecida uma metodologia padrão a ser empregada nos ensaios voltados para a determinação da viscosidade em solos. De posse da taxa de cisalhamento, grandeza variável em função da umidade do material e obtida como resultado do ensaio realizado no equipamento desenvolvido, foram realizados testes reológicos em reômetro placaplaca e viscosímetro de Brookfield, buscando-se correlacionar umidade, taxa de cisalhamento e viscosidade. Foram analisados quatro solos de litologias diferentes, o que permitiu uma boa espacialização dos resultados obtidos, culminado com a determinação de uma equação em que a viscosidade pode ser estimada em função da taxa de cisalhamento. / [en] This research presents a proposal for experimental determination of the soil viscosity in order to evaluate the development of debris flows. This rheology parameter is important for determining not only the velocity values, but also to delimitate the area to be affected by a debris flow. For this, a device was developed from adaptations in slump test, used for studies on concrete, and established a standard methodology to be used in tests aimed at determining the viscosity in soils. In possession of the shear rate, which varies depending on soil moisture, obtained as a result of the test performed on the equipment developed rheological tests were performed on plate-plate rheometer and Brookfield viscometer. After that, correlations of the soil moisture, the shear rate and the viscosity of each sample were established. At total, four different lithologies of soil were analyzed, which allowed a good spatial distribution of the results, culminating in the determination of an equation in which the viscosity can be estimated as a function of the shear rate.

[pt] A demanda global por energia irá aumentar em até 50 porcento nos próximos 20 anos e o petróleo permanecerá sendo a principal fonte de fornecimento de energia. Entre os diferentes tipos de óleos brutos de petróleo, as atenções têm-se concentrado na recuperação de óleos pesados e extrapesados, porque os recursos convencionais de petróleos leves e médios estão globalmente se reduzindo. Os óleos pesados e extrapesados constituem 70 por cento das reservas mundiais, mas devido a sua viscosidade elevada e composição complexa geram problemas. Portanto, a sua recuperação representa um desafio para a indústria do petróleo. Os métodos convencionais só podem ser recuperados cerca 30 por cento do óleo do reservatório e a recuperação avançada de óleo (EOR) que permite obter valores superiores. O método mais utilizado é a injeção de vapor cujo mecanismo principal é o aquecimento do petróleo. Este trabalho apresenta um estudo da influência da presença de nanopartículas no processo de injeção de vapor (aquatermólise), que pode gerar um efeito catalítico promovendo uma melhora no craqueamento incipiente e a consequente diminuição da viscosidade. Um óleo pesado, com viscosidade de 4730 cP a 25 graus Celsius, foi utilizado em escala de bancada para avaliar os efeitos do tempo, da temperatura, do tipo e concentração de nanopartículas (Al2O3-NiO, TiO2 e (Mg,Ni)O) sobre a viscosidade e composição do óleo cru. Os resultados mostraram que a presença de TiO2 e vapor de água podem melhorar a qualidade do petróleo, pela redução das frações pesadas, e diminuir a sua viscosidade em até 13,4 por cento. A técnica foi favorecida com o aumento de temperatura e tempo de aquatermólise. / [en] The global demand in energy will increase by 50 percent over the next 20 years and oil will remain the main source of energy. Among the different types of crude oils, attention has been focused on the recovery of heavy and extra heavy oils, because the conventional resources as light and medium oils are globally decreasing. Heavy and extra heavy oils constitute 70 percent of world reserves, but lead to problems due to their high viscosity and complex composition. Therefore, the recovery of these oils represents a challenge for the oil industry. Conventional methods recover about 30 percent of oil in the reservoir and enhanced oil recovery (EOR) allows to get higher values. The most used method is the injection of steam whose main mechanism of this process is the heating of oil. Consequently there is a reduction of viscosity followed by an incipient cracking, phenomenon affected by the presence of steam water, which needs further studies. This work presents a study of the influence of nanoparticles in the steam injection (aquathermolysis), which can generate a catalytic effect; it enhances the incipient cracking and decreases the viscosity. A heavy oil with viscosity of 4730 cP at 25 Celsius degrees was used in bench scale to evaluate the effects of time, temperature, type and concentration of nanoparticles (Al2O3-NiO, TiO2 and (Mg,Ni)O) on viscosity and composition of the crude oil. The results showed that the presence of TiO2 nanoparticles with steam water may improve the oil quality, by reducing the heavy fractions, and reducing its viscosity up to 13.4 percent.The technique was improved with increasing either temperature or time of aquathermolysis.

[pt] Elementos combustíveis de reatores nucleares são, em geral, constituídos por feixes de barras, através dos quais o refrigerante escoa axialmente. A confiabilidade do projeto termohidráulico destes elementos está ligada a um conhecimento detalhado do campo (principal e secundário) de velocidades. Um modelo estatístico de turbulência (K-E) é aplicado na determinação dos escoamentos principal e secundário, tensões de cisalhamento na parede e coeficiente de atrito para regime turbulento desenvolvido permanente, com fluido incompressível escoando axialmente através de feixes de barras em arranjo triangular ou quadrado. O método numérico emprega a vorticidade e a função corrente na descrição do campo de velocidades. Os resultados ovtidos estão, para diferentes números de Reynolds e diferentes razões de aspecto (P/D) de acordo com os resultados experimentais e analíticos de diversos investigadores. / [en] Reactor fuel elements generally consist of rod bundles with the coolant flowing axially through the region between the rods. The confiability of the thermohydraulic design of such elements is related to a detailed description of the velocity field. A two-equation statistical model (K-E) of turbulence is applied to compute main and secondary flow fields, wall shear stress distributions and friction factors of steady, fully developed turbulent flows, with incompressible, temperature independent fluid flowing axially through triangular or square arrays of rod bundles. The numerical procedure uses the vorticity and the stream function to describe the velocity field. Comparison with experimental and analytical data of several investigations is presented. Results are in good agreement.

[pt] Este trabalho descreve experimentos relacionamentos com o movimento relativo entre partículas sólidas e fluido não-newtoniano, confinados no interior de um duto circular. Medições da pressão dinâmica adicional, devida unicamente à presença da partícula (fonte de perturbação no escoamento) e do arrasto viscoso foram conduzidas de forma a se verificar a validade da Teoria de Brenner (1962). Esta teoria, já confirmada para fluidos newtonianos, permite que parâmetros característicos do escoamento perturbado sejam determinados, convenientemente, através de parâmetros do escoamento não-perturbado (ausência de partícula). Para o caso de fluido não-newtoniano, denominados puramente viscosos, do tipo Power-law, a teoria se mostrou perfeitamente aplicável. O valor da razão Delta P mais A/D descrito por Brenner foi confirmado com uma precisão de 3 por cento, num total de 70 experimentos realizados. Para fluidos não-newtonianos, viscoelásticos, com função viscosidade tipo Power-law, a validade da teoria parece, entretanto, depender de um parâmetro capaz de descrever na natureza constitutiva do fluido utilizado. Experimentos realizados com três diferentes fluidos viscoelásticos (expoentes power-law n igual 0,303; 0,343; 0,483) conduziram à identificação deste parâmetro, o Segundo Número Elástico, El2. Para valores de El2, inferiores a 14, caracterizando um escoamento predominantemente viscoso, o valor da razão Delta P mais A/D novamente é confirmado com precisão inferior a 4 por cento. Para valores de El2 superiores a 40 a razão Delta P mais A/D não mais pode ser avaliada com base em parâmetros do escoamento perturbado, analogamente ao que havia sido proposto por Brenner para o caso de fluidos newtonianos. Neste trabalho incluem-se também registros contínuos dos experimentos enfatizando os efeitos viscoelásticos envolvidos, bem como uma análise dos efeitos de parede associados ao movimento relativo entre fluidos não-newtonianos e partículas sólidas. Todos os experimentos foram realizados num regime de Reynolds variando de 0,1 a 90 e num regime de Weissenberg (calculando com base no modelo de Powell-Eyring) variando de 850 a 3800. / [en] This work describes experiments related to relative motion between solid particles and mon-newtonian fluid, inside a circular duct. Measurements of the aditional dynamic pressure, due to the presence of the particle (a source of disturbance in the flow) ando f the viscous drag, were conducted to verify the validity of Brenner’s Theory (1962). This theory, already confirmed for newtonian fluids, allows the determination of the characteristic parameters of the disturbed flow using parameters of non-disturbed flow (without particle). In the case of purely viscous non-newtonian fluids, of the power-law type, the theory was confirmed. The value of the ratio Delta P plus A/D, described by Brenner, was confirmed. The value an accuracy of 3 per cent, in a total of 70 experiments. For viscoelastic fluids, with Power-law viscosity function, it appears that the validity of the theory depends on the Second Elastic Number, El2. Experiments conducted with three different viscoelastic fluids (power-law exponents, n equal 0,303; 0,343 and 0,483) shows that for values of El2 bellow 14, which characterizes a predominantly viscous flow, the value of of the ratio Delta P plus A/D is agair confirmed, with na accuracy of 4 per cent. For values of the El2, parameter above 40, the ratio Delta P plus A/D cannot be determined using parameters of the non-disturbed flow, as proposed by Brenner for newtonian fluids. In this work are also included graphic registers of the experiment, showing the complex viscoelastic effects, as well as na analysis of the wall effects associated with the relative motion between non- newtonian fluid and solid particles. All the experiments were conducted with Reynolds number between 0,1 and 90 and a Weissenberg number (based in Powell-Eyring model) between 850 and 38.00.

[pt] Como parte da linha de pesquisa na área de estimulação de poços de petróleo, foi montado um viscosímetro tubular para análise das características de comportamento reológico de um fluido de fraturamento hidráulico (HPGUAR), dotado de dispositivo para preparação do fluido . Os dados experimentais obtidos foram tratados analiticamente segundo dois tipos de equações constitutivas: as do Modelo de Ostwald, amplamente utilizadas pelos pesquisadores da área de Engenharia de Petróleo, e as do Modelo de Bingham. Pela avaliação dos resultados obtidos, pode-se concluir que parecem ocorrer evidências de que o Modelo de Bingham possa ser mais adequado, por retratar de forma mais independente as contribuições isoladas do atrito viscoso e da componente gerada pela viscosidade plástica, na análise teológica do HPGUAR. Sugere-se que investigações mais detalhadas devam ser conduzidas, posto que eventualmente poderiam ser bastante úteis no esclarecimento da pendência existente nos resultados experimentais obtidos por diversos autores consultados. / [en] In order to contribute in the investigation of the stimulation operation of an oil reservoir was built a tubular viscometer to determine the rheological properties of a hydraulic fracturing fluid (HPGUAR). This test rig included a system to prepare the hydraulic fracturing fluid. The experimental results were modelled according to two types of constitutive equations: the Ostwald Model one, widely used in the Petroleum Engineers field, and the Bingham Model one. An evaluation of the experimental results suggests that the Bingham Model should be more adequate than the other one, specifically when it shows the contribuition from the viscous friction and from the plastic viscosity independently, in the determination of the rheological properties of the HPGUAR. More detailed investigations must be carried out, although they should be very usefull in better explaning the differeces obtained among several investigators.

[pt] Foi estudado a subida de bolhas de ar formadas diretamente dentro de uma camada de água destilada disposta a baixo de um fluido Newtoniano superior imiscível. Modificou-se as propriedades do fluido superior, obtendo-se seis fluidos diferentes e foi verificado a diferentes e foi verificado a diferença de comportamento de subida da bolha de ai em cada um desses fluidos. Notaram-se três tipos de comportamento durante ascensões em função do tamanho de bolha: a) Bolhas pequenas: ficam retidas algum tempo na interface para subir em seguida sem carregar nenhuma película de água da fase mais densa. Limite: D menor que 3,4 mais ou menos 0,2 mm mais ou menos 0,2 mm. b) Bolhas médias atravessam a interface líquida e carregam uma película da fase mais densa envolvendo a bolha de ar até a superfície livre do líquido superior, que não deve estar a uma altura inferior a 50 D, de maneira que nos assegure estar a superfície livre na faixa de deslocamento permanente. Limite: 3,4 mais ou menos 0,2 mm menor que D menor que 5,5 mais ou menos 0,3 mm c) Bolhas grandes: atravessam a interface e carregam a película até uma certa altura, quando se desprende da bolha de ar. Limite: D maior que 5,5 mais ou menos 0,3 mm Os limites encontrados independiam da viscosidade do meio superior. Para todos os líquidos foram os mesmos. Fixou-se mais objetivamente o estudo sobre os comportamentos b e c, e foi verificada a grande influência que a película de água exerce sobre a bolha. A modificação do valor da viscosidade tem uma influência sobre (a) a forma pela qual as bolhas atravessam a interface; (b) a forma pela qual as bolhas carregam a a película de água e (c) o destacamento entre a bolha e a película de água. Para fluido de lata viscosidade, a passagem é lenta e forma uma coluna líquida que se quebra em gotículas e o destacamento da película de água e suave. Para líquidos de pequena viscosidade o comportamento é oposto. A passagem pela interface é abrupta e o destacamento é violento. As curvas criadas para descrever a altura em que ocorria o desprendimento em relação ao diâmetro das bolhas para cada um dos líquidos superiores estudados, mostram que para um mesmo diâmetro, a diminuição da viscosidade causa um desprendimento a uma altura maior. Para uma mesma viscosidade de (mesmo líquido) o aumento do diâmetro corresponde a uma menor altura de desprendimento entre a bolha de ar e a película de água. As experiências feitas para medir a transferência de massas de água pela bolha de ar permitiram que verificássemos que uma quantidade maior de água é transferida quando o líquido superior tem alta viscosidade. Da mesma maneira o aumento de diâmetro de bolha implica em um aumento de transferência de massa. / [en] The rising of air bubbles released in distilled water beneath na imiscible Newtoniam fluid was studied in an imiscible Newtonian fluid was fluid ws studied in this work. The properties of the upper fluid were modified and rising of the bubble in each of the six different fluids was noted. There were thereee types of behavior witch were a function of the bubbles diameter: a)Small size bubbles: remained temporary ar the interface and then rise upper phase without any perceptible water element envelopping them Limit: D less than 3,4 more or less 0,2 mm b)Medium size bubbles: passes directly through the liquid-liquid interface and now enveloped with a waer layer of variable thikness rise in the upper phase and reach the free surface with the coating intact. The medium size bubbles rise at a distance of over 50D. Limit: 3,4 more or less 0,2 mm less than D less than 5,5 more or less 0,3 mm c)Large size bubbles: passed directly trrough the liquid interface. At a certain height above the interface the water layer datached from the air bubbles. Limit: D more than 5,5 more or less 0,2 mm The critical diameters were found to depend on the viscosity of the upper phase. This study was restrict to cases b and c where the large influence of the envelopping water layer datached from the air bubble. This study was restrict to cases b and c where the large influence of the envelopping water layer over the air bubble was observed. The change of the visconsity value has an influence on : (a) the way in which the bubble and the water layer and; (b) the way in which the bubble lift the the water layer and (c) the detachment between the bubble and the water layer. For fluid of high viscosity, the passage is slow and makes a liquid colimn that breakes into passage is slow and makes a liquid column that breakes into droplets and the detachmenr of the water layer is smooth. For liquid os samall viscosity this transitional behavior is the oppoite. The detachment is violent. The curves which describe the height of detachment as function of the diameter, for each one fo the upper liquids show that: for a given diameter also have a inverse variation. The investigation made to measure the water mass transfer phenomena caused by the bubbles showed that the mass transfer will be larger for the higher viscosity fluides and the larger diameter bubbles.

[pt] Este trabalho se propôs a estudar o efeito da variação da tensão interfacial entre dois líquidos imiscíveis; no comportamento de bolhas de ar, que formadas na fase inferior, depois de atravessarem a interface líquido/líquido, sobem através da fase superior transportando consigo uma película envolvente. Manteve-se a viscosidade 1,00C.s. para a fase inferior, o,45C.s. para a superior, e variou-se a tensão interfacial entre eles de 5din/cm a 30din/cm, os diâmetros das bolhas tiveram uma variação entre 2 e 10mm com grande número de pontos interméários. Vários métodos fotográficos e equipamentos de medida foram idealizados e experimentados antes de colher os resultados apresentados pelas curvas de transporte de massa. Verificou-se a existências de um acréscimo na faixa para a qual existe transporte de massa, e diminuição da quantidade de líquido transportada, quando decresce a tensão interfacial. / [en] The purpose of this work was to study the effect of variations in the interface tension between two immiscible liquids on the behavior of air bubbles that are formed in the lower phase, pass through the liquid/liquid interface, and the rise through the upper phase transporting an envolving layer. The viscosity of the lower phase was maintained at 1.00c.c., and the upper at 0.45c.s. and the interface tension between the phases was varied from 5din/cm to 30din/cm. The diameter of bubbles had a variation from 2 to 10mm, with a large number of intermediary points. Several photographic and measurement techniques were developed and tried before taking the data presented in the mass-transport curves. The existence of an increase in range for which mass-transport exists and a decrease in the portion of liquid transported was found when the interfacial tension decreases.

[pt] Este trabalho faz parte de um estudo sobre o comportamento de gotas e bolhas, que há muito, vem sendo pesquisando nesta universidade. Foi realizado em paralelo com dois outros trabalhos, com a finalidade conjunta de se estudar a influência da tensão interfacial, no transporte de massa, trajetória, forma e velocidade de bolhas de ar, que ao passarem através de uma interface líquido-líquido, são envolvidas por uma película do líquido inferior, transportando-a até a superfície do líquido superior. Este trabalho, pesquisou a influência da tensão interfacial, na trajetória e velocidade de bolhas de ar, passando através da interface de dois líquidos de baixa viscosidade cinemática: água filtrada, v igual a 1,0cs e hexana, v igual a 0,45cs. Os valores da tensão interfacial na pesquisa foram: 35,0din/cm, 17,5din/cm e 6,0din/cm. Constatou-se que a variação da tensão interfacial, afeta o comportamento da bolha, em relação à trajetória, forma e velocidade. Com o aumento da tensão interfacial, verificou-se que: - A faixa de diâmetros equivalentes, de bolhas que carregam películas até a superfície do líquido superior, diminui. - Há pouca variação na trajetória de subida da bolha. - O achatamento a forma esferóide, diminui. - A velocidade aumenta. / [en] This work was part of studies on bubbles and drops that is being developed in this University. This study was conducted in parallel with two other studies; all had the objective of determining the influence of the interfacial tension on mass transport, trajectory, shape and velocity of air bubbles as they passed through a liquid-liquid interface with a surrounding film of the lower liquid. In the study, research was conducted on the influence of interfacial tension on the trajectory, shape and velocity of air bubbles passing across the interface of two low kinematic viscosity liquids; filtered water, v equal 1.00c.s. and hexane two low kinematic viscosity liquids; filtered water, v equal 1.00 c.s and hexane, v equal 0.45 c.s. The interfacial tensions observed were: 35.0 din/cm, 17.5 din/cm and 6.0 din/cm. It was found that a variation in the interfacial tension, changes the bubbles shape, trajectory and velocity. With increasing interfacial tension, it was observed that: - The equivalent diameter range of bubbles carrying the film to the upper surface, decreases. - There is little variation in the trajectory of the rising bubble. - The flattening of the spheroid decreases. - The velocity increases.