[pt] Oleos pesados são significativamente importantes no cenário brasileiro e internacional, sendo sua principal característica a alta viscosidade e consequente dificuldade de transporte. Além disso, durante o escoamento destes óleos ocorre a deposição de parafina nas paredes dos oleodutos, particularmente a baixas temperaturas. Esse tipo de petróleo possui características reológicas viscoplásticas, e sob certas condições ainda não muito bem conhecidas, apresentam o fenômeno do deslizamento aparente ao escoar internamente, tendo o potencial de reduzir substancialmente a perda de carga em um escoamento. Neste trabalho foi investigado experimentalmente o deslizamento aparente que ocorre em escoamentos de materiais viscoplásticos bem como foi determinada a tensão cisalhante necessária para descolar uma quantidade de parafina depositada sobre diferentes revestimentos. Devido a uma evidência experimental de que o grau de deslizamento depende de duas propriedades físicas da superfície interna do duto, foram determinadas também a rugosidade e a molhabilidade destas. Foi construída uma planta experimental na qual era possível variar as placas (diferentes revestimentos e rugosidades) que formavam as paredes do canal pelo qual o fluido era forçado a escoar, de forma a se obter a curva vazão x pressão para cada tipo de revestimento. Estes escoamentos foram simulados numericamente supondo ausência de deslizamento. A comparação entre as curvas experimentais e teóricas fornecem uma quantificação do deslizamento ocorrido nos experimentos. Utilizamos um fluido à base de água e um fluido à base de óleo. Foi observado que o deslizamento aparente, existente em escoamentos de materiais viscoplásticos, se manifesta na faixa de baixas tensões adimensionais e que os revestimentos possuem duas funções principais, a da redução da rugosidade e a do aumento da molhabilidade, ambas com o efeito de aumentar o nível de deslizamento e, consequentemente, reduzir a perda de carga, diminuindo os custos operacionais. / [en] Heavy oils are significantly important in the Brazilian and international scenario and its particularity is the high viscosity and consequent difficulty of transport. Also, during the flow of these oils occurs the deposition of paraffin on the pipelines walls especially at low temperatures. This type of oil has viscoplastic rheological characteristics, and under certain conditions not yet well understood, exhibits the phenomenon of apparent wall slip during internal flow, with the potential to substantially reduce the head-loss in a flow system. This study investigated experimentally the wall slip that occurs in the flow of viscoplastic liquids. Moreover, it was also determinated, the wall shear stresses necessary to unstick an amount of paraffin deposited on different coatings. Due to an experimental evidence, the amount of wall slip seems to depend on two physical properties of the internal surface of the pipeline, therefore it was determined also the roughness and wettability of these. A test section was designed and built. Plates with different coatings and roughness constitute the parallel channel which the fluid was forced through in order to obtain the curves of dimensionless average velocity versus dimensionless wall shear stress. These flows were also numerically solved referring to the case of no wall slip. Comparisons between the experimental and numerical results could quantify the amount of wall slip that occurs in the experiments. We used an aqueous solution and oil dispersion. It was observed that the wall slip, that occurs during the flow of viscoplastic materials, manifests itself in the range of low dimensionless wall shear stress and that the coatings have two main functions, reduction of the roughness and increase of the wettability, both with the effect of increasing the amount of wall slip and thus reduce the head-loss, diminishing operational costs.

Orientador: Prof. Dr. Juan Pablo Julca Avila / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2015. / Risers são estruturas tubulares cilíndricas usados para transferir petróleo e gás desde um poço de petróleo localizado no fundo do mar até uma plataforma. O presente trabalho de mestrado tem como enfoque o desenvolvimento e implementação de um código computacional para análise plana de vibrações livres de risers dispostos em catenária com escoamento interno. O riser, objeto deste estudo, é visto como uma viga plana curva e extensível com rigidez de tração e de flexão que experimentam grandes deslocamentos. O escoamento interno é visto como uma barra de flexibilidade infinita viajando ao longo do riser com velocidade constante. As equações do movimento do riser são deduzidas em coordenadas cartesianas via a abordagem variacional usando o princípio da energia potencial estacionária. O método de elementos finitos é usado para a análise estática e dinâmica geometricamente não linear do riser. Para a solução das equações não lineares de equilíbrio estático, o método iterativo de Newton-Raphson é utilizado. As frequências naturais e os modos de vibrar de um riser disposto em catenária são determinados para diferentes velocidades de escoamento interno, tensões no topo e velocidade de correnteza. Os resultados obtidos são comparados satisfatoriamente com dados da literatura. Verifica-se a funcionalidade do código desenvolvido que pode ser usado para conduzir pesquisas em vibrações livres de risers em catenária com escoamento interno. / Risers are cylindrical tubular structures used to produce/convey subsea oil and gas from wells located on the seafloor of the sea up to a platform. The focus of the present work of master¿s degree is the development and implementation of a computational code for the plane analysis of riser¿s free vibrations of a riser in catenary configuration under the effects of an internal fluid. The riser under study is seen as a plane extensible beam with axial and of bending stiffness, that experiments big displacements. The internal fluid is consider like a bar of infinite flexibility travelling along of riser with constant velocity. The riser¿s equations of motion are deducted in cartesian coordinates by an variational approach using the concept of total potential energy of a structural system. The finite elements method is used for the analysis dynamic and static non-linear geometrically of the riser. To solve the non-linear equations of static equilibrium, the iterative method of Newton-Raphson is used. The natural frequencies and vibrating modes of riser in catenary configuration are determined for different velocities of internal fluid, top tensions and current velocities. The results obtained are satisfactory when compared with literature data. Is verified the functionality of this code developed that can be used to conduct researches in free vibrations of risers in catenary configuration with internal fluid.