Orientadores: Osvair Vidal Trevisan, Euclides Jose Bonet / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T19:32:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mota_RosaneOliveira_M.pdf: 24314269 bytes, checksum: fb7c14cccdc09041b8be4d15225e3715 (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: A aplicaçãode corrente elétrica visando a melhoria na recuperação de petróleo tem sido objeto de algumas patentes e as pesquisas têm enfatizado apenas efeitos de aquecimento do meio poroso com a consequente redução da viscosidade do óleo. Entretanto, há indicações da existência de outros efeitos, além do aquecimento. Neste trabalho foram investigados os efeitos da aplicação de um campo elétrico contínuo sobre o escoamento e a importância destes efeitos na recuperação de petróleo, verificando a ocorrência de eletro-osmose e/ou alteração na estrutura das argilas devido ao tratamento eletroquímico em uma série de experimentos laboratoriais em meios porosos lineares saturados com óleo e água. São descritos detalhadamente o projeto e a montagem do aparato experimental, a programação dos testes, o procedimento de medidas, e o tratamento de dados utilizados. Valores medidos para coeficientes de permeabilidade eletro-osmótica para meios porosos em diversos níveis de saturação de água são apresentados. Os resultados encontrados são apresentados sob a forma de curvas de recuperação de óleo, curvas de permeabilidades relativas, e curvas de razão água-óleo de produção, nas quais pode ser observado o efeito favorável da passagem da corrente elétrica contínua na produção adicional de óleo e na redução da razão água-óleo de produção / Abstract: Many patents have been published about the effect of applying electrical potentials in order to enhance oil recovery. These investigations emphasize only heating effects that causes, in consequence, oil viscosity reduction. However, there are indications of the influence of other effects. The aim of this work was to investigate the effects of applying a direct electrical field and to measure its significance in oil recovery through electro-osmosis and/or physical-chemical modifications on clay structure due to the electrochemical treatment. A series of laboratory experiments was conducted with linear porous media saturated with oil and water. The design and construction of the apparatus, along with the experimental procedures and data treatment are described in detail. Values for the coefficient of electro-osmotic penneability for porous media in different water saturation stages are also presented. Results are presented as graphics such as oil recovery curves, relative penneability curves and production water-oil ratio curves. In the results, it may be noted the beneficial effect of the electrical current in addittional oil recovery and in the production water-oil ratio reduction / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

O propósito desta tese é compreender os aspectos relacionados à simulação numérica aplicada ao estudo do comportamento do escoamento interno em um injetor centrífugo cônico, desenvolvendo-se para a validação da mesma, um modelo matemático elaborado a partir de referências encontradas na literatura, obtendo com ajuda de hipóteses simplificadoras, uma solução em forma fechada dos principais parâmetros nominais de desempenho do injetor, tais como coeficiente de descarga e ângulo de cone de pulverização. Na simulação numérica foi empregado o código comercial de CFD Fluent 6.3.26, onde as equações governantes são discretizadas mediante volumes de controle finitos em estado permanente. A correção de pressões é empregada utilizando o algoritmo SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations), a localização da interface entre os fluidos (líquido-gas) é resolvida mediante o modelo VOF (Volume of fluid), os fenômenos físicos que estão presentes na situação que se deseja estudar, são modelados com uma formulação viscosa que permite a simulação do escoamento em forma laminar e turbulenta, onde os termos de transporte turbulentos são realizados com o modelo k-epsilon standard. Devido à geometria complexa do injetor, o domínio computacional foi modelado com malhas não estruturadas em três dimensões, isto permitirá uma informação mais detalhada do escoamento, e dos parâmetros de desempenho do injetor, sendo a validação da ferramenta de análise computacional de muita importância para aperfeiçoar e reduzir os custos de projeto de injetores antes da fase de testes a quente, garantindo a melhora de estabilidade de queima na câmara de combustão.

Em linhas gerais, esta dissertação de mestrado envolve o estudo de padrões de escoaomento durante a ebulição convectiva em microcanais. Resultados experimentais foram levantados para um tubo com diâmetro de 2,32 mm durante a evaporação convectiva dos refrigerantes R134a e R245fa. Para a investigação, técnicas experimentais e de análise foram desenvolvidas. A caracterização dos padrões de escoamento envolveu o tratamento simultâneo de sinais provenientes dos seguintes dispositivos: um par diodo/sensor-laser tendo um tubo transparente entre eles no interior do qual ocorre o escoamento bifásico; um transdutor de pressão piezo-elétrico de tamanho reduzido com o objetivo de determinar a variação local da pressão do escoamento; e de um micro-termopar em contato com o fluido refrigerante. A técnica de tratamento de dados utilizada envolve a aglomeração progressiva de dados que apresentem características médias similares através do algoritmo k-means. Os sinais de pressão, intensidade de radiação e temperatura foram adquiridos simultaneamente a uma freqüência de 25 kHz. Imagens simultâneas do escoamento bifásico a uma velocidade de captura em torno de 10.000 imagens/s foram levantadas através de uma câmera de filmagem rápida (até 100.000 imagens/s), e os padrões de escoamentos observados contrastados aos resultados fornecidos pelo método proposto. Baseado nesta análise, mapas de escoamento foram propostos, os quais incorporaram não apenas critérios subjetivos como a visualização, mas também objetivos como as variações transientes da pressão local do escoamento e da morfologia do escoamento através do seu efeito na dispersão da radiação emitida pelo foto-diodo. Os resultados previstos pelo método objetivo apresentam concordância razoável com os dados caracterizados com base em visualizações. Adicionalmente, características de bolhas alongadas foram determinadas. / The present research has been focused on the study of flow patterns inside channels of diameter less than 3 mm during the convective evaporation of refrigerants such as R134a and R245fa. For the investigation of such topics, experimental techniques and methods of analysis of results were developed. A broad database was gathered in an experimental test facility. The characterization of flow patterns involved the simultaneous processing of signals from the following devices: a pair diode / laser-sensor having a transparent tube between them, within which occurs the two-phase flow; a micro piezoelectric pressure transducer to determine the local variation of pressure of the flow and a micro-thermocouple fixed within the fluid. The technique used in data processing involves the gradual agglomeration of data having similar average characteristics; this method was developed based on the k-means clustering algorithm. The signals from the transducers were acquired simultaneously at a frequency of 25 kHz. The program for the acquisition and for processing of the signals was developed using LabView. Simultaneous images of two-phase flow at a speed of capture around 10,000 images / s were obtained through a high speed camera and the observed flow patterns were contrasted to the results provided by the objective method. Based on this analysis, flow maps were proposed, which incorporate not only subjective criteria such as visualization, but also objective criteria like the transient variations of local pressure of the flow, temperature of the fluid and the effect of the flow morphology based on the dispersion of light which effect was captured by the photo-diode. The maps obtained by the objective method were compared against flow pattern segregated based on visualization and a reasonable agreement was obtained. Besides the elongated bubble characteristics were determined.

O presente trabalho refere-se à modelagem fenomenológica da transferência de movimento das bolhas de ar para o meio líquido, simulação com integrações numéricas de Equações Diferenciais Parciais (EDP\'s) e comparação com resultados experimentais de viscosidades turbulentas. Esse tipo de modelo com transporte turbulento se faz necessário para avaliar a natureza dos escoamentos, seja em situação enquanto em monitoramento de recursos hídricos ou em operações nos tratamentos de efluentes líquidos. Foram obtidas soluções para o caso laminar e turbulento considerando modelo kappa-epsilon para um volume de controle com geometria cartesiana bidimensional. O método de resolução das equações parciais usado foi o dos volumes finitos. Os valores das viscosidades turbulentas calculadas convergiram com valores muito próximos dos encontrados experimentalmente num período de tempo de 5 (cinco) segundos, após esse período de tempo, os resultados divergiram muito dos experimentais, mesmo com grande refino de malha, o que sugere mudança de estratégia na proposição do modelo de turbulência. / The present work refers to the phenomenological modeling of the air bubbles transfer movementto the liquid phase, numerical simulation with integrations of Ordinary Differential Equations (ODEs) and Partial Differential Equations (PDE\'s), compared with experimental results. Such models contribute to the turbulent transport, which are needed to assess the nature of the flows, in situations while monitoring water resources or in operations of wastewater treatment. Solutions were obtained considering the case laminar or turbulent using kappa-epsilon model. The calculated kinematic viscosities values diverged greatly from experimental results, suggesting the necessity of strategy changes in the proposed turbulence model.

A distribuição do tamanho de bolhas é uma importante característica em sistemas bifásicos. A área interfacial de bolhas está fortemente relacionada às taxas de reações químicas e de transferência de massa em aplicações industriais como colunas de destilação e fermentação, sistemas biológicos, oxidação, hidrogenação, tratamento de água, e em processos naturais, como dinâmicas de aerossóis e transferência de gás oceano-atmosfera. Pontas de provas intrusivas são largamente usadas para determinar a distribuição do tamanho de bolhas em colunas de borbulhamento bifásicas. Embora o tamanho de bolhas não possa ser obtido diretamente pelo uso de uma simples ponta de prova porque estas medem somente comprimentos perfurados em bolhas, é possível relacionar distribuições de cordas à distribuição de tamanho de bolhas usando análises estatísticas. Este trabalho apresenta a implementação de um sistema capaz de medir distribuição de tamanho de bolhas em uma coluna de borbulhamento composta por água e ar através de uma ponta de prova condutiva. Imagens obtidas por uma câmera de vídeo CCD (Charge-Coupled Devices) monocromática são usadas para validar e calibrar o sistema. / The distribution of bubble sizes is a critical feature in two–phase systems. The interfacial area of bubbles is strongly related to chemical reaction and mass transfer rates in industrial applications such as distillation and fermentation columns, biological systems, oxidation, hydrogenation, waste water treatment and in natural processes such as aerosol dynamics and air-sea gas transfer. Intrusive probes are widely used to determine bubble size distribution in two-phase bubble columns. Although bubble size cannot be obtained by a simple probe because it measures only the pierced length of the bubbles, it is possible to relate chord distributions to bubble size distribution by the use of statistical analysis. This work proposes a system implementation which is able to determine bubble size distribution in a water-air bubble column using an intrusive conductance probe. Images obtained by a monochromatic video camera CCD (Charge-Coupled Devices) are used to validate and calibrate the system.

O escoamento bifásico em golfadas está presente em diversos processos industriais, entre eles a produção e transporte do petróleo. Ele se caracteriza pelo escoamento de um pistão de líquido com grande quantidade de movimento seguido por uma bolha de gás compressível. A repetição destas estruturas ocorre de forma intermitente. Nas últimas décadas, surgiram alguns modelos para a simulação deste tipo de escoamento, como os modelos eulerianos de dois fluidos e drift flux, e lagrangeano de seguimento de pistões (slug tracking). Com base no trabalho de Renault (2007), uma metodologia lagrangeana foi desenvolvida para monitorar e acompanhar o processo de iniciação do escoamento em golfadas em tubulações horizontais e levemente inclinadas de modo autônomo. Partindo-se do modelo de dois fluidos com aproximação unidimensional, as equações de conservação de massa e balanço de quantidade de movimento foram simplificadas. O sistema de equações resultante para o domínio de gás foi discretizado utilizando-se o método de diferenças finitas e resolvido através do algoritmo TDMA. O movimento do líquido sob as bolhas foi modelado de modo semelhante às equações de águas rasas (shallow water equations). Um programa computacional na linguagem Intel Visual Fortran foi desenvolvido para simular o processo de iniciação do escoamento em golfadas, a partir do escoamento estratificado líquido-gás. O crescimento das ondas na interface líquido-gás foi monitorado numericamente, assim como os pistões de líquido que se formaram em decorrência do crescimento das ondas. Foram realizadas simulações numéricas, para diferentes condições de vazão de líquido-gás, com a finalidade de avaliar a capacidade do modelo de gerar pistões. Para a validação dos resultados numéricos, foram realizadas medidas experimentais na bancada de escoamento bifásico existente no NUEM/UTFPR. Os dados foram obtidos utilizando-se sensores resistivos. Foi verificada uma forte dependência dos resultados do modelo em relação à malha. Devido a isto, foi proposto um critério para limitar o refinamento máximo da malha. Uma análise linear levou a conclusão que o modelo apresenta maiores taxas de crescimento de onda em relação ao modelo de dois fluidos. Os resultados numéricos mostraram boa concordância com os dados experimentais, porém apresentam melhor desempenho quando próximos à região onde o modelo se encontra mal posto numericamente. / Many industrial processes like crude oil transportation in pipelines operate on two-phase flow regime, especially in slug flow pattern. Slug flows are characterized by the intermittent succession of liquid slugs having a large momentum, followed by long bubbles of compressible gas. This kind of flow has been a topic of research over the last decades; however, few mathematical models for this complex flow can be found in the literature. Among those, one might mention the Eulerian two-fluid and drift flux, and the Lagrangian slug-tracking. Based on the work of Renault (2007), this work presents a Lagrangian methodology to capture the process of slug initiation for horizontal and near horizontal pipes. Starting from one dimensional two-fluid model, the equations of momentum and mass conservation were simplified. The motion generated by the dynamic pressure of the gas was decoupled from the slow movement of the liquid film. The resulting system of equations for the gas phase was discretized using the finite difference method and solved with the tri-diagonal matrix algorithm (TDMA). The liquid motion in the bubbles was then modeled by a modified version of shallow water equations. A software using Intel Visual Fortran language to simulate the process of slug initiation in a gas-liquid stratified flow was developed. Wave growth in the liquid-gas interface was numerically monitored until one of those waves reached the top of the pipe to form a slug. Numerical simulations were performed for different gas-liquid flow conditions, in order to evaluate the ability of the model to generate slugs. Experimental data to validate the code were gathered at the experimental facility of NUEM/UTFPR. The data were acquired using two-wire resistive sensors. The numerical results showed to be strongly dependent on mesh size. Because of this, a limiting criterion for the mesh size was developed. The linear analysis showed higher wave growth rate to this model than the two-fluid model. The results showed consistency when compared to the experimental data, especially in the neighborhoods of the region where the model is ill-posed.

ANP; FINEP / Este trabalho apresenta um estudo sobre parâmetros do sinal de ultra-som que são afetados pelo escoamento bifásico água-ar, muito comuns em diversos processos industriais. Foi utilizado um par de transdutores no modo transmissão-recepção em um duto de acrílico com 54 mm de diâmetro interno. As técnicas utilizadas na análise do sinal foram a medição da velocidade do som por diversos métodos, a análise da energia e da amplitude máxima. Também é proposto o uso da atenuação em banda larga do ultra-som, uma técnica muito comum e utilizada no diagnóstico médico da osteoporose, mas pouco utilizada na indústria. Outra proposta foi utilizar o primeiro vale da onda de ultra-som recebida para normalização do sinal, evitando a necessidade de um sinal referência para a determinação da fração de vazios. É apresentada a metodologia teórica e os resultados dos experimentos que foram realizados em um circuito bifásico instalado no LABPETRO/UNICAMP. O hardware e software do sistema de aquisição de dados foram desenvolvidos no LASCA/UTFPR. / This work presents a study of ultrasound signal parameters that are affected by two-phase flow water-air present in several industrial process. A pair of ultrasound transducers in transmissionreception mode has been installed in a 54 mm inner diameter plexiglass pipe. Velocity measurement is calculated by many methods and also energy and maximum amplitude analysis was applied. Additionally, it is proposed a broadband ultrasound attenuation (BUA) based method to measure the void fraction. BUA is a very common method used to diagnoses osteoporosis but underused in industry. Other method based on a signal normalization by the first valley is developed to avoid the use of a reference signal to calibrate the prototype. Theoretical methods and experimental results are described. The results were obtained in a two phase circuit situated in LABPETRO/UNICAMP. The hardware and software of acquisition system were developed in LASCA/UTFPR.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-05T13:19:37Z No. of bitstreams: 1 146180.pdf: 940273 bytes, checksum: 98e5a844fcba28d263c4970ec45c5b5c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-05T13:19:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 146180.pdf: 940273 bytes, checksum: 98e5a844fcba28d263c4970ec45c5b5c (MD5) Previous issue date: 1977-07 / CAPES / Determina-se o perfil de temperatura no escoamento de um fluido Newtoniano, turbulento, através de dois tubos cilíndricos concêntricos considerando a dissipação viscosa. Utilizam-se perfis de velocidade turbulento em camadas distintas Partindo das expressões de Deissler e Quarmby. Determinam-se os perfis de difusividade turbulento de quantidade de movimento em camadas distintas segundo Deissler e Quarmby e o perfil de difusividade turbulento de calor segundo Aser e Chao. Resolve-se o sistema numericamente pelo método de Crank-Nicholson. A influência da dissipação viscosa sobre o perfil de temperatura é bastante pronunciado na região do escoamento turbulento próximo às paredes dos tubos interno e externo e cresce na direção axial. / The temperature profile for a turbulent flow, of a newtonian fluid flowing between two concentric tubes has been determined. The velocity profile was based on the Deissler and Quarmby equations for turbulent flows. The momentum difusivity equation for the turbulent flow has been evaluated according o Deissler and Quarmby and the heat difusivity equations and represented according to Aser and Chao. These equations with the corresponding boundary conditions has beem solved employing the numerical method of Crank-Nicholson. The influence of the dissipation on the temperature profile is pronounced in the turbulent flow in the neighborhood of the inner and outer wall of the tube and increases in the axial direction.

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-02-06T13:56:42Z No. of bitstreams: 1 151834.pdf: 1799239 bytes, checksum: 86695cbee59df88bfa28f21e721a145f (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-06T13:56:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 151834.pdf: 1799239 bytes, checksum: 86695cbee59df88bfa28f21e721a145f (MD5) Previous issue date: 1979-07 / No presente trabalho é desenvolvido um modelo analítico para a determinação do coeficiente de transmissão de calor no escoamento ascendente bifásico, (ar e água) tubos verticais, regime anular. A seguir, é presentada a discussão relativa ao projeto e construção do equipamento experimental. Utilizou-se um tubo de latão de 6mm de diâmetro interno, com 1500m de comprimento, o qual foi submetido a fluxos de calor no intervalo de 0,225 a 0,704 cal/scm². Os valores da razão vazão de ar/vazão de H2O foram 8, 8,5 e 17. Finalmente, são apresentados os resultados experimentais obtidos, assim como os valores do coeficiente de transmissão de calor determinado pelo modelo. / An analytic model for determination of the heat transfer coeficient during the two phase upflow (water + air) in vertical tubes was developped. The design and construction of the equipment is then discussed. The experiments were carried out in one tube, 6mm int and 1500mm of length, which suffered heat fluxes ranging 2 from 0,225 to 0,704 cal/scm². The following ratios water mass flow rate air mass flow rate were used 8, 8.5 and 17. Finally, the experimental results are presented, as well as the values of the heat transfer coeficient determined according to the model.

O estudo de fluxos bifásicos é essencial para a modelagem de diversos sistemas. Neste contexto, técnicas de processamento de imagens tem sido cada vez mais utilizadas, pois possibilitam a identificação e avaliação visual de importantes características por meio de soluções relativamente simples para projetar/implementar e que não causam distúrbios no fluxo. Este trabalho propõe uma metodologia para medir os parâmetros de interesse baseada em métodos Level Set e em transformações de morfologia matemática. Devido a sua acurácia e versatilidade, tais métodos vêm sendo amplamente considerados, sendo uma de suas principais vantagens a capacidade de tratar eficazmente mudanças topológicas e/ou descontinuidades que podem eventualmente ocorrer durante a propagação de interfaces. A partir da segmentação precisa da imagem (ou seja, da delimitação das regiões pertencentes a cada fase), os principais parâmetros relacionados à distribuição das fases para o regime de escoamento denominado golfada foram calculados. A comparação entre os parâmetros estimados e aqueles obtidos manualmente por um especialista comprova o bom desempenho da abordagem proposta. Tal segmentação também possibilita a extração de características que permitem classificar uma imagem como pertencente a um determinado regime de escoamento. Os testes de classificação, que consideram padrões de escoamento bifásico horizontal gás-líquido, também conduziram a resultados promissores, encorajando o desenvolvimento de trabalhos futuros. / The study of two-phase flows has important applications in an increasing numbers of areas, since reliable measurements of the flow characteristics are crucial for the accurate modeling of two-phase systems. In this context, image processing techniques have been extensively used, being relatively simple to design and implement while enabling the identification and visual evaluation of important features. This work proposes a methodology to measures flowing parameters based on the Level-Set method and on mathematical morphology transformations. Level Set methods have been largely considered, mainly due to its precision and capability to deal with topological changes and/or discontinuities that may arise during the interface evolution. Based on an accurate image segmentation (that is, on the region delimitation of each phase), we compute the parameters related to the phase distribution for the slug pattern. The comparison between the estimated parameters and that determined by a specialist comproves the good results of the proposed approach. This segmentation also enables the extraction of characteristics that can classify an image as belonging to a specific flow pattern. Classification tests considering four horizontal gas-liquid flow patterns also conduced to accurate measurements that encourage future works.