[pt] A deposição de parafina é um fenômeno presente nos sistemas de produção de petróleo (principalmente em águas profundas devido às baixas temperaturas), consistindo na aderência de frações sólidas de hidrocarbonetos nas colunas e linhas, conduzindo à redução da área aberta ao fluxo até o eventual bloqueio. A compreensão dos mecanismos que influenciam na deposição ainda não foi totalmente alcançada. Dada a relevância deste tipo de sistema para o desenvolvimento de novos campos e a ausência de uma teoria consolidada que seja capaz de explicar a evolução e as características do depósito, a limitação de produção por este fenômeno é um dos principais problemas de garantia de escoamento. Visando a aumentar o conhecimento acerca dos fenômenos existentes no processo de deposição, e identificar os mecanismos dominantes, diferentes modelos matemáticos podem ser confrontados com dados experimentais. Geralmente, os escoamentos encontrados ao longo das linhas de produção encontram-se no regime turbulento. Dessa forma, no presente trabalho, desenvolveu-se um modelo de turbulência de duas equações k–omega, acoplado com o modelo entalpia-porosidade, no qual o depósito é considerado um meio poroso. A partir de um equilíbrio termodinâmico determinam-se as espécies que saem de solução e a sua distribuição é determinada pela equação de conservação molar. As equações de conservação foram resolvidas pelo método de volumes finitos, utilizando o esquema Power-law e Euler implícito para as discretizações espacial e temporal. Comparações com dados experimentais em um duto anular foram realizadas, apresentando boa concordância para o regime permanente, mas superestimando a espessura do depósito durante o regime transiente. Constatou-se redução de espessura do depósito com o aumento do número de Reynolds. / [en] Wax deposition is a phenomenon present in oil production systems (mainly in deep water due to the low temperatures), which consists in the adhesion of solids fractions of hydrocarbon to tubing and lines, reducing the area opened to flow until be completely blocked. The comprehension of the mechanisms that influences in the deposition has not yet been fully achieved. Given the relevance of this kind of system in new fields development and the absence of a theory able to explain the deposit s evolution and characteristics, the production limitation caused by this phenomenon is one of the main issues in flow assurance. Aiming to expand the knowledge about the phenomena that exist in deposition process and identify dominant mechanisms, different mathematical models can be compared with experimental data. The flow regime in production lines is usually turbulent. Thus, in this work, a two equation k-omega turbulence model coupled to the enthalpy-porosity model, where the deposit is a porous media, was developed. From a thermodynamic equilibrium, the species that comes out of solution are determined while their distribution are determined by each molar conservation equation. The conservations equations were solved with the finite volume method, employing the Power-law and implicit Euler schemes to handle the spatial and temporal discretization. Comparisons with experimental data in an annular duct were realized, showing good agreement in the steady state. The deposit thickness, howeve, was overestimated during the transient. The deposit thickness reduction with the Reynold number increase was verified.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-07T11:34:58Z No. of bitstreams: 1 maiconwilliamniebusodone.pdf: 9396542 bytes, checksum: 0a9d05fa621e639f71fa74726b219707 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-07T15:03:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 maiconwilliamniebusodone.pdf: 9396542 bytes, checksum: 0a9d05fa621e639f71fa74726b219707 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-07T15:03:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 maiconwilliamniebusodone.pdf: 9396542 bytes, checksum: 0a9d05fa621e639f71fa74726b219707 (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Problemas de mudança de fase líquido-sólido e/ou sólido-líquido são amplamente encontrados em diversas aplicações da indústria tais como na moldagem de diferentes tipos de peças, na aplicação de sprays térmicos para tratamento de superfícies e na fundição de materiais energéticos tais como o trinitrotolueno (TNT). Neste último caso, contrações de material, trincas e formação de vazios são frequentemente observados, devendo estes comportamentos serem previstos e evitados. Sendo assim, a simulação numérica de tais processos com algoritmos capazes de acompanhar a evolução da superfície livre, e a distribuição da temperatura no corpo durante o processo de fundição é importante. Pretende-se estudar diferentes estratégias na modelagem e solução de problemas desta natureza através das equações de transporte de massa, transferência de calor e de mudança de fase por meio do método dos volumes finitos. Na metodologia usada, os processos de solidificação e fusão são tratados por meio da aproximação do método da entalpia-porosidade baseado em malhas fixas. / Phase change problems as liquid-solid and/or solid-liquid are widely found in several industrial applications such as in molding of different parts, the application of thermal spray treatment and the casting of energy materials such as trinitrotoluene (TNT). For the latter case, material contractions, cracks and empities formation are often observed and these behaviors should be anticipated and avoided. Thus, the numerical simulation of such processes with algorithms capable to follow free surface evolution and body temperature distribution during casting process is important. In this work we study strategies in modeling and solving problems of this nature through the mass transport equations, heat transfer and phase change using the finite volume method. In the methodology used, the melting and solidification process are treated by means of the enthalpy-porosity approximation method based on fixed grids.