Orientadores: Wilson de Figueiredo Jardim, Jarbas Jose Rodrigues Rohwedder / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-11T09:15:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_Aluisio_D.pdf: 4719517 bytes, checksum: 9ff8bb9d4b0e9f2338409dac26e2049a (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho foi investigado o transporte de solutos por um meio poroso, pois este fenômeno é de grande importância no uso dos Processos Oxidativos Avançados (POA) para a remediação de solos e águas subterrâneas. O uso dos POA na remediação in-situ é baseado na injeção de um oxidante no solo, tanto na zona saturada como na zona insaturada, para promover a mineralização de contaminantes presentes nestes meios. Foram construídas duas instrumentações robustas para o monitoramento in-situ da percolação de um soluto por um meio poroso: uma para monitorar uma espécie não reativa (NaCl), através da variação do sinal de condutância, e outra para monitorar a percolação de uma espécie reativa (H2O2), através da variação do potencial redox. Os resultados obtidos em estudos realizados no laboratório para a percolação de NaCl, além de comprovarem a eficiência do sistema desenvolvido, mostraram diferenças significativas quando comparadas as injeções utilizando a gravidade e as pressões manométricas de 0,5 e 1,0 atm. No primeiro caso, a difusão radial não foi predominante, exigindo um período de 7 horas para a total saturação do meio, enquanto que utilizando as pressões de 0,5 e 1,0 atm, a difusão radial foi predominante, com um tempo necessário para a total saturação do sistema de 8 e 4 minutos, respectivamente. Para os estudos in-situ, os resultados obtidos sob as duas pressões demonstraram que a difusão radial foi predominante, com características praticamente iguais no que se refere ao tempo de experimento e a quantidade de solução injetada. Para espécies reativas, tanto em experimentos realizados em bancada como para os ensaios in-situ, os resultados demonstraram que a instrumentação foi capaz de monitorar o transporte de H2O2 via variação do potencial redox. Ensaios realizados em coluna usando areia contaminada com gasolina demonstraram a eficiência do sistema de medição construído para monitorar a percolação do oxidante por um meio poroso, utilizando-se da variação do potencial redox em função da oxidação dos BTEX presentes no meio / Abstract: The transport of solutes through a porous medium (soil) was investigated since this phenomenon is of paramount importance in the use of advanced oxidative processes (AOP) for the soil and groundwater in situ remediation. The use of AOP in situ remediation is based on the injection of an oxidizing agent, either in the saturated and unsaturated soil zone, to promote the mineralization of contaminants in the soil. Two robust instrumentations were developed for the in situ monitoring the percolation of a solution in the porous media: one to monitor the distribution of a non reactive species (NaCl) through the variation of the conductance signal, and another device to monitor the percolation a reactive species (H2O2) via the variation in the redox potential signal. The results obtained in the laboratory studies using NaCl, not only demonstrated the efficiency of the developed system, but also showed significant differences in the percolation profiles when comparing the injections under gravity to the ones obtained using the manometric pressure of 0.5 and 1.0 atm. In the first case, the radial diffusion was negligible, requiring a period of 7 hours to the total saturation of the porous media, while using the pressure of 0.5 and 1.0 atm, the radial distribution was predominant. The difference in the percolation profile between the two pressurized injections at 0.5 and 1.0 atm was the elapsed time to the total saturation of the system, 8 and 4 minutes, respectively. In situ studies showed that for both pressure used, the radial distribution was predominant, with very little differences between the two conditions. For reactive species, results obtained in both laboratory and in situ experiments showed that the instrumentation was able to monitor the H2O2 percolation front within the medium according to the redox potential signal. Column tests using contaminated sand demonstrated the effectiveness of the system built to monitor percolation of an oxidant in a porous media via the variation of the potential caused by the removal of BTEX in the gasoline contaminated medium / Doutorado / Quimica Analitica / Doutor em Ciências

Nesta dissertação de mestrado é estudado o desempenho fluidodinâmico de um meio poroso fixo e compactado, construído por sinterização com esferas de vidro para a retenção de partículas. A análise experimental visou o processo de retenção de partículas a partir de pastilhas circulares de diâmetro de 29 mm confeccionadas com esferas de vidro variando de 1,0 a 3,3 mm de diâmetro e sinterizadas como um elemento rígido a partir de aquecimento contínuo até cerca de 750ºC. As pastilhas foram submetidas a diferentes pressões de coluna de água, e a vazão no meio poroso foi analisada para diferentes pressões. Os experimentos foram realizados com a adição em batelada de polpa de açaí, areia fina, areia grossa e esferas de vidro próprias da composição do meio poroso. As vazões mássicas adimensionais são apresentadas graficamente para diferentes pressões de coluna de água variando entre 0,1 e 0,5 atmosferas (atm), em regime permanente e estacionário. Os resultados experimentais foram comparados e apresentados na forma de parâmetros adimensionais que caracterizam o regime de escoamento num leito fixo. Os resultados experimentais foram modelados a partir da modificação dos modelos de Vortmeyer e Schuster (1983) e Subagyo et al. (1998) para estabelecer sobre os mesmos parâmetros adimensionais uma adequada aproximação com os resultados teóricos. / The present dissertation reports the performance of steady flow in circular fix bed which was created by sinterization of glass spheres. The experimental analysis aimed the process of retention of particles from circular packed bed of 29 mm of diameter. The circular fix bed was created with spheres of glass of diameter between 1.0 and 3.0 mm, and made by sintering one rigid body from continuous heating until 750ºC. The circular and rigid fix bed was subjected to different pressures of column of water varying between 0.1 and 0.5 atm for analysis of flux (kg/s). The experiments were carried out with the addition of one amount of açai pulp, sands fine, sands thick and spheres of glass own of composition of fix bed. The dimensionless flux was present for different pressures of column of water on the fix bed; the results were compared and presented in the form of dimensionless parameters of literature what characterize the flow in packed bed. The experimental results were modeled based on Vortmeyer e Schuster (1983) and Subagyo et al. (1998) models, establishing on the dimensionless parameters an appropriate approach with the theoretical flux of circular fix bed.

Foram estudados dois sistemas referentes à células a combustível de membrana de troca protônica através de modelos computacionais. Um protótipo de célula foi utilizado para o estudo da dinâmica de fluidos, tendo sido utilizados resultados cedidos para a validação da formulação do escoamento e posterior quantificação da contribuição do mesmo no transporte de espécies nos meios porosos. Este mesmo sistema foi explorado quanto à geometria dos canais de escoamento, sendo possível estabelecer uma hierarquia de perda por sobrepotencial de concentração em função da estequiometria do reagente. Obteve-se que, para as estequiometrias recomendadas em uma célula real, os melhores desempenhos seriam atingidos por geometrias de serpentina simples e serpentina dupla, ou tripla, para o ânodo e cátodo, respectivamente. Uma célula completa também fora estudada, sendo comparada a resultados experimentais obtidos localmente. Foi observado que o modelo utilizado apresenta boa concordância com os aspectos globais do dispositivo real, enquanto que os aspectos locais são largamente mal representados pelo modelo computacional. Este modelo também fora utilizado para quantificar a contribuição do transporte convectivo na distribuição de reagentes, corroborando e estendendo os estudos realizados com o protótipo de célula. Em suma, são sugeridas as possibilidades e desafios de se utilizar modelos computacionais para células a combustível e sistemas similares, neste caso estabelecendo a conexão entre um protótipo e um dispositivo real. / Two systems related to proton-exchange membrane fuel cells were studied through computational models. A cell prototype was used to study fluid dynamics, where the fluid flow formulation was validated against provided experimental results, being later used to quantify its contribution to species transport in the porous media. This same systems was explored regarding its flow channel geometry, where it was possible to establish a hierarchy relative to the concentration overpotential loss as a function of the reactant stoichiometry. It was obtained that, for the recommended stoichiometries for a real cell, the best performance would be attained by a single serpentine and a double, or triple, serpentine geometries for the anode and cathode, respectively. A full cell was also studied, being compared against experimental results obtained locally. It was observed that the model shows good agreement with the global aspects of the real device, while the local aspects are widely misrepresented. This model was also used to quantify the contribution of convection to reactant distribution, corroborating and extending the studies performed with the cell prototype. In all, the possibilities and challenges concerning the use of computational models with fuel cells and similar systems are suggested, particularly by establishing the connection between a prototype and a real device.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-10-17T16:30:00Z No. of bitstreams: 1 2016 - Maur?cio de Carvalho.pdf: 8945176 bytes, checksum: 4b68e7d4395ffbaee8b4d17639d8a28e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-17T16:30:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Maur?cio de Carvalho.pdf: 8945176 bytes, checksum: 4b68e7d4395ffbaee8b4d17639d8a28e (MD5) Previous issue date: 2016-04-12 / CAPES / In this work we consider the injection of water with dissolved ions into a linear horizontal porous rock cylinder with constant porosity and absolute permeability initially containing oil and water in several proportions. The water is assumed to have low salinity concentration, where some ions are dissolved. We disregard that there is in the rocks some possible minerals that can dissolve or precipitate in water phase. There are two chemical fluid components as well as two immiscible phases: water and oil, (w, o). The dissolved ions are: positive divalent ions: calcium ions, Ca2+ and magnesium ions, Mg2+; negative divalent ions: sulphate ions, SO42?; positive monovalent ions: sodium ions, Na+; negative monovalent ions: cloride ions, Cl?. The cations are modeled to be involved in fast ion exchange process with a surface negative X? which can absorb the positive ions, Ca2+, Mg2+ and Na+. We use simple mixing rules and we disregard any heat of precipitation/dissolution of substance reactions or ion desorption. Moreover we disregard any volume contraction efects resulting from mixing and reactions in any phase. We are going to solve in this work, the Riemann problem and we are going to discuss some features about the studied model. / Neste trabalho consideramos a inje??o de ?gua com ?ons dissolvidos em um meio po-roso linear horizontal cil?ndrico com porosidade e permeabilidade absoluta constantes, inicialmente, contendo ?leo e ?gua em v?rias propor??es. A ?gua ? assumida ter baixa concentra??o de sais, onde alguns ?ons est?o dissolvidos. Desconsideramos a exist?ncia de alguns poss?veis minerais na rocha que possam dissolver ou precipitar na fase da ?gua. Existem dois componentes qu?micos fluidos assim como duas imisc?veis fases: ?gua e ?leo,(w, o). Os ?ons dissolvidos s?o: ?ons divalentes positivos: ?ons c?lcio, Ca2+ e ?ons magn?sio, Mg2+; ?ons negativos divalentes: ?ons sulfato, SO42?; ?ons positivos monovalentes: ?ons s?dio, Na+; ?ons negativos monovalentes: ?ons cloro, Cl?. Os c?tions est?o envolvidos em um processo r?pido de troca de ?ons com a superf?cie do meio poroso carregada eletronega-tivamente X?, onde o meio absorver? os ?ons positivos Ca2+, Mg2+ e Na+. Usando regras simples de misturas e desconsiderando qualquer calor de precipita??o ou dissolu??o de rea??es de subst?ncias ou dessor??o de ?ons. Al?m disso, desconsideramos quaisquer efeitos de contra??o de volume resultante das misturas e rea??es em qualquer fase. Resolveremos neste trabalho, o Problema de Riemann e discutiremos algumas caracter?sticas do modelo estudado.

Avec le développement des réfrigérateurs cryogéniques mécaniques et des capteurs de plus en plus sensibles, l’emploi d’un volant thermique (Energy Storage Unit ou ESU) doit permettre de stopper temporairement le cryoréfrigérateur et de fonctionner en l’absence de vibration. L'utilisation d'un ESU limite également la nécessité de surdimensionner le système cryogénique pour absorber les éventuelles surcharges thermiques transitoires; ce qui est particulièrement utile pour les applications spatiales. Dans tous les cas, la dérive en température doit rester limitée pour garantir la bonne performance du détecteur. Dans cette thèse, des ESUs basés sur la chaleur latente associée au changement de phase liquide-vapeur ont été étudiés. Afin de limiter la dérive en température, tout en maintenant un volume réduit pour la cellule à basse température, une solution possible consiste à séparer l'ESU en deux volumes: une cellule à basse température reliée au doigt froid du cryoréfrigérateur à travers un interrupteur thermique et un volume d'expansion à la température ambiante permettant de réduire l’augmentation de température liée à l'évaporation du liquide. Pour diminuer encore la dérive en température, une nouvelle amélioration a été testée avec de l'azote: elle consiste en la mise en place d'une vanne commandée entre les deux volumes permettant de contrôler la pression de la cellule froide (remplie d’azote liquide-vapeur). De plus, un matériau poreux a été introduit à l'intérieur de la cellule pour rendre l'ESU indépendant de la gravité et donc approprié aux applications spatiales. Dans ce cas, les expériences révèlent des résultats inattendus concernant le stockage d'énergie et la différence de température entre le liquide et les parois. Pour caractériser l'influence des milieux poreux sur les transferts thermiques d’un volant thermique liquide-vapeur chauffé, une cellule dédiée avec des parois latérales non conductrices a été construite et testée avec de l'hélium diphasique liquide-vapeur. Après caractérisation complète de cette cellule en dehors des conditions de saturation (conduction, convection), des expériences ont été effectuées avec ou sans milieu poreux, en chauffant la cellule en haut ou en bas de la cellule et pour différents flux de chaleur et températures de saturation. En parallèle, un modèle décrivant la réponse thermique d'une cellule contenant liquide et vapeur avec un milieu poreux chauffée en haut (contre la gravité) a été mis en œuvre. L'ensemble des données a ensuite été utilisé comme référence pour ce modèle qui repose sur un équilibre de trois forces: la force de capillarité, la force de gravité et la perte de pression induite par l'écoulement du liquide. / With the development of mechanical coolers and very sensible cryogenic sensors, it could be interesting to use Energy Storage Units (ESU) and turn off the cryocooler to operate in a free micro vibration environment. An ESU would also avoid cryogenic systems oversized to attenuate temperature fluctuations due to thermal load variations which is useful particularly for space applications. In both cases, the temperature drift must remain limited to keep good detector performances. In this thesis, ESUs based on the high latent heat associated to liquid-vapor phase change to store energy have been studied. To limit temperature drifts while keeping small size cell at low temperature, a potential solution consists in splitting the ESU in two volumes: a low temperature cell coupled to a cryocooler cold finger through a thermal heat switch and an expansion volume at room temperature to reduce the temperature increase occurring during liquid evaporation. To obtain a vanishing temperature drift, a new improvement has been tested using two-phase nitrogen: a controlled valve was inserted between the two volumes in order to control the cold cell pressure. In addition, a porous material was used inside the cell to turn the ESU gravity independent and suitable for space applications. In this case, experiments reveal not fully understood results concerning both energy storage and liquid-wall temperature difference. To capture the thermal influence of the porous media, a dedicated cell with poorly conductive lateral wall was built and operated with two-phase helium. After its characterization outside the saturation conditions (conduction, convection), experiments were performed, with and without porous media, heating at the top or the bottom of the cell with various heat fluxes and for different saturation temperatures. In parallel, a model describing the thermal response for a cell containing liquid and vapor with a porous media heated at the top (“against gravity”) was developed. The experimental data were then used as a benchmark for this model based on a balance of three forces: capillarity force, gravity force and pressure drop induced by the liquid flow. / O desenvolvimento de criorrefrigeradores e de sensores cada vez mais sensíveis, tornainteressante usar unidades de armazenamento de energia (Energy Storage Unit-ESU) e desligaro criorrefrigerador para funcionar num ambiente sem vibrações. Em particular para asaplicações espaciais, seria também útil, utilizar um ESU para evitar sistemas criogénicossobredimensionados para atenuar as flutuações de temperaturas devidas às variações de cargatérmica. Em ambos os casos, a deriva de temperatura deve manter-se limitada para manter obom desempenho dos detectores.Nesta tese, ESUs utilizando o calor latente associado à mudança líquido-vapor comoreservatório de energia foram estudados. A fim de limitar a deriva de temperatura, enquanto semantém de tamanho reduzido a célula a baixa temperatura, uma solução possível consiste emdividir o ESU em dois volumes: uma célula a baixa temperatura acoplada ao dedo frio docriorrefrigerador mediante um interruptor térmico conectado a um volume de expansão àtemperatura ambiente para reduzir o aumento de temperatura que ocorre durante a evaporaçãodo líquido. Para diminuir ainda mais a deriva de temperatura, foi testado uma nova ideia queconsiste na introdução de uma válvula entre os dois volumes a fim de controlar a pressão nacélula. Para tornar o ESU independente da gravidade e assim adaptado às aplicações espaciais,os efeitos da capilaridade foram utilizados usando um material poroso na célula. Neste caso, asexperiências revelam resultados inesperados referentes ao armazenamento de energia e àdiferença de temperatura entre o líquido e as paredes.Para descrever as modificações térmicas devidas ao meio poroso, uma célula comparedes laterais pouco condutoras foi construída e testada com hélio. Após uma caracterizaçãocompleta fora das condições de saturação (condução, convecção), esta célula foi utilizada paraexperiências com e sem meio poroso, aquecida na parte superior ou na parte inferior comdiferentes fluxos de calor e para várias temperaturas de saturação. Em paralelo, um modelo quedescreve a resposta térmica de uma célula contendo líquido e gás num meio poroso aquecido naparte superior (“contra a gravidade”) foi desenvolvido. Os resultados obtidos foram utilizadoscomo referência ao modelo que se baseia no equilíbrio de três forças: a força de capilaridade, aforça da gravidade e perda de carga induzida pelo escoamento do líquido.

Foram estudados dois sistemas referentes à células a combustível de membrana de troca protônica através de modelos computacionais. Um protótipo de célula foi utilizado para o estudo da dinâmica de fluidos, tendo sido utilizados resultados cedidos para a validação da formulação do escoamento e posterior quantificação da contribuição do mesmo no transporte de espécies nos meios porosos. Este mesmo sistema foi explorado quanto à geometria dos canais de escoamento, sendo possível estabelecer uma hierarquia de perda por sobrepotencial de concentração em função da estequiometria do reagente. Obteve-se que, para as estequiometrias recomendadas em uma célula real, os melhores desempenhos seriam atingidos por geometrias de serpentina simples e serpentina dupla, ou tripla, para o ânodo e cátodo, respectivamente. Uma célula completa também fora estudada, sendo comparada a resultados experimentais obtidos localmente. Foi observado que o modelo utilizado apresenta boa concordância com os aspectos globais do dispositivo real, enquanto que os aspectos locais são largamente mal representados pelo modelo computacional. Este modelo também fora utilizado para quantificar a contribuição do transporte convectivo na distribuição de reagentes, corroborando e estendendo os estudos realizados com o protótipo de célula. Em suma, são sugeridas as possibilidades e desafios de se utilizar modelos computacionais para células a combustível e sistemas similares, neste caso estabelecendo a conexão entre um protótipo e um dispositivo real. / Two systems related to proton-exchange membrane fuel cells were studied through computational models. A cell prototype was used to study fluid dynamics, where the fluid flow formulation was validated against provided experimental results, being later used to quantify its contribution to species transport in the porous media. This same systems was explored regarding its flow channel geometry, where it was possible to establish a hierarchy relative to the concentration overpotential loss as a function of the reactant stoichiometry. It was obtained that, for the recommended stoichiometries for a real cell, the best performance would be attained by a single serpentine and a double, or triple, serpentine geometries for the anode and cathode, respectively. A full cell was also studied, being compared against experimental results obtained locally. It was observed that the model shows good agreement with the global aspects of the real device, while the local aspects are widely misrepresented. This model was also used to quantify the contribution of convection to reactant distribution, corroborating and extending the studies performed with the cell prototype. In all, the possibilities and challenges concerning the use of computational models with fuel cells and similar systems are suggested, particularly by establishing the connection between a prototype and a real device.

Oriunda da etapa de destilação do caldo do caldo da cana-de-açúcar, a vinhaça é um subproduto da produção de etanol. Apesar de seu difundido uso na agricultura canavieira como fertirrigação, sua disposição no solo tem sido questionada quanto a possíveis riscos ambientais. Uma destinação alternativa à vinhaça e seu tratamento anaeróbio, considerado bastante atrativo haja vista a possibilidade de recuperação de energia na forma de biogás, sem interferir em suas qualidades como biofertilizante. Entre os sistemas de tratamento anaeróbios, os reatores de leito fixo têm sido amplamente utilizados devido à sua estabilidade operacional. A modelagem abrangente destes tipos reatores tende a ser complexa de forma que o estudo dos escoamentos em seu interior do reator é vital. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi analisar e simular numericamente a hidrodinâmica de reator de leito fixo de fluxo ascendente tipo APBR (anaerobic packed bed reactor). Em termos gerais, os resultados obtidos por simulação foram confrontados tanto com os correspondentes valores experimentais como com aqueles obtidos a partir dos modelos uniparamétricos comumente usados para representar reatores não ideais. Para tanto, foram empregados dados pré-existentes de ensaios hidrodinâmicos conduzidos no início e no final da operação, com biorreator alimentado com solução-traçador na forma de degrau a vazões de 4,6 L/dia e 2,3 L/dia. Foram considerados os modelos de dispersão de pequena e grande intensidade bem como o modelo de tanques agitados em série. Quanto às simulações numéricas, foi usado o software de CFD (fluidodinâmica computacional)COMSOL Multiphysics ® 4.3b.As curvas DTR obtidas via simulação e com base nos modelos para reatores não ideais foram confrontadas com as curvas obtidas experimentalmente. Para o reator operando com vazão de 2,3 L/dia, nenhum dos modelos propostos mostrou-se adequado quanto ao final da operação, em razão da incapacidade em representar o surgimento de picos de concentração que podem estar associados ao acúmulo de biomassa no interior do biorreator, mas também ao tipo de traçador utilizado para a realização do experimento. As demais curvas DTR sugerem que o reator em questão aproxima-se do tipo pistonado. O simulador CFD representou de forma bem adequada os dados experimentais em comparação com resultados obtidos a partir dos modelos para reatores não ideais. A simulação numérica de biorreatores para tratamento de efluentes mostrou-se, pois, capaz de fornecer informações mais detalhadas e precisas, geralmente úteis a engenharia do processo. Adicionalmente, foi implementado um simulador com base no método de Boltzmann em rede (lattice Boltzmann method, LBM) capaz de simular escoamento laminar bidimensional em regime permanente no interior de um canal. No escopo de uma linha de pesquisa em simulação LBM de biossistemas agroindustriais, trata-se de um esforço inicial quanto à simulação LBM da hidrodinâmica de biorreatores para tratamento de efluentes em geral. / Resulting from sugarcane juice distillation, vinasse is a by-product from ethanol industry. Despite its widespread use as fertirrigation at crops, direct deposition of vinasse into soils has raised environmental issues. Alternatively, it may undergo anaerobic treatment, which is very attractive in view of energy recovery as biogas while preserving vinasse quality as biofertilizer. Among anaerobic treatment systems, fixed-bed reactors come forward due to their operational stability. Their comprehensive modeling is prone to be complex so that the study of fluid flows prevailing inside is fundamental. Accordingly, the goal of this work was to numerically analyze and simulate the hydrodynamics within a particular upflow fixedbed reactor, namely anaerobic packed bed reactor. In general, results from simulations were compared with experimental counterparts as well as against results from well-known single-parameter models for non-ideal reactors. Existing data from hydrodynamic tests were then used, concerning operation at both start-up and shut-down and bioreactor stepwise feeding with tracer solution flow at 4,6 L/day and 2,3 L/day. Non-ideal reactor models comprised either low or high-dispersion together with continuous stirred-tank reactor model while COMSOL Multiphysics ® 4.3b CFD (computational fluid dynamics) software was employed for simulations. Retention time distribution (RTD) curves from simulations and from model calculations were compared to experimental ones. For operation at 2,3 L/day flow, no models proved to be suitable as far as shut-down operation is concerned, due to biomass accumulation inside the bioreactor. Remaining RTD curves suggested that reactor behavior resembles plug-flow type. Compared to non-ideal reactor models, CFD simulations proved to properly reproduce experimental data while being able to provide detailed and accurate information for process engineering towards effluent treatment. Furthermore, a numerical simulator was implemented as based on the lattice Boltzmann method (LBM) in order to deal with two-dimensional steady-state laminar flow inside a channel. As part of research work on LBM simulation of agroindustrial biosystems, aforesaid simulator contributed to LBM simulation of hydrodynamics within bioreactors for wastewater treatment in general.

[pt] Na indústria do petróleo estudam-se os chamados métodos de recuperação melhorada de óleo, que visam melhorar a varredura macroscópica do reservatório e reduzir a saturação de óleo residual nas regiões varridas pela injeção da fase aquosa. Este trabalho apresenta um estudo fundamental do processo de injeção de emulsões óleo-água como método de recuperação melhorada. O meio poroso utilizado nos estudos foi um empacotamento de esferas de vidro. O meio poroso foi inicialmente saturado com óleo. O deslocamento de óleo foi realizado através da injeção sequencial de água, emulsão e água. Microtomografia de raios-X foi utilizada para determinar a distribuição das fases aquosas e oleosas ao final de cada etapa do processo de injeção. Processamento das imagens 3D obtidas permitiram a quantificação do efeito da injeção de emulsão no desvio do caminho preferencial da fase aquosa e na distribuição e tamanho de gânglios de óleo residual, gerando recuperações incrementais com relação a injeção de água. / [en] In the oil industry, the so-called enhanced oil recovery methods are studied, which aim to improve the macroscopic scanning of the reservoir and reduce the residual oil saturation in the regions swept by the injection of the aqueous phase. This work presents a fundamental study of the process of injection of oil-water emulsions as an improved recovery method. The porous medium used in the studies was a glass bead packaging. The porous medium was initially saturated with oil. The oil displacement was performed through the sequential injection of water, emulsion and water. X-ray microtomography was used to determine the distribution of the aqueous and oily phases at the end of each step of the injection process. Processing of the 3D images obtained allowed the quantification of the effect of emulsion injection on the deviation of the preferred path of the aqueous phase and the distribution and size of residual oil ganglia, generating incremental recoveries in relation to a water injection.

Submitted by Daniella Sodre (daniella.sodre@ufpe.br) on 2015-04-08T12:57:46Z No. of bitstreams: 2 TESE Eduardo Olímpio Dias.pdf: 4555696 bytes, checksum: a1e7972a45dbba945f075adf6ee33606 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-08T12:57:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TESE Eduardo Olímpio Dias.pdf: 4555696 bytes, checksum: a1e7972a45dbba945f075adf6ee33606 (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / CNPq / A formação de padrões na natureza tem sido uma fonte de grande interesse acadêmico e tecnológico. Nesta tese, estudamos a dinâmica de interfaces instáveis de três sistemas fundamentais: a instabilidade hidrodinâmica de Sa man-Taylor (os chamados dedos viscosos ), a instabilidade de Mullins-Sekerka (refere-se ao crescimento de cristais) e a propaga ção de ondas de ionização através de descargas elétricas. Dentre estes sistemas, o problema Sa man-Taylor é o mais abordado. Esta instabilidade surge na interface que separa dois uidos viscosos con nados entre duas placas paralela, num dispositivo conhecido como célula de Hele-Shaw, ou imersos em um meio poroso. Ao longo da tese, estudamos meios de selecionar o número de onda dominante dos padrões na interface uido- uido, os efeitos da inércia do uido na instabilidade e, principalmente, métodos de controle e minimização das perturbações na interface. Um dos meios de controle das instabilidade é através de uma suave modi cação geométrica no aparato no qual o uido está con nado. Nesse contexto, fomos capazes tanto de favorecer quanto de inibir e, eventualmente, suprimir os dedos viscosos. Um outro protocolo de estabilização, que consiste no principal método de controle desta tese, é através do cálculo variacional. O objetivo desse procedimento é encontrar uma forma funcional para a taxa de injeção de uido que minimize as instabilidades. Comprovamos experimentalmente e por simulações numéricas a e cácia desse processo. Tal método também é utilizado para minimizar instabilidades em crescimento de cristais e em processos de descarga elétrica. Além da investigação de interfaces instáveis, nós estudamos a força e a energia de adesão de uidos complexos con nados entre placas paralelas. Neste caso, nosso método variacional visa obter a equação de levantamento ideal da placa superior a m de minimizar a energia de adesão. Finalmente, efeitos de inércia na força de levantamento são estudados.

Submitted by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-09-08T17:05:05Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Brayan Maurício Rodrigues Garzon - 2016.pdf: 1077822 bytes, checksum: 22f0f3e54ede997e3bbec84f88406474 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-09-08T17:05:21Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Brayan Maurício Rodrigues Garzon - 2016.pdf: 1077822 bytes, checksum: 22f0f3e54ede997e3bbec84f88406474 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-08T17:05:21Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Brayan Maurício Rodrigues Garzon - 2016.pdf: 1077822 bytes, checksum: 22f0f3e54ede997e3bbec84f88406474 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-03-04 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this work we study and show the existence of traveling waves solutions for a system of parabolic partial differential equations (PPDE’s) which model in-situ combustion process in porous medium. The in-situ combustion process is a thermal method to recovery oil from petrolific reservoirs. The system deduction is making considering two layers of porous rock and aplying the physical laws of balance energy, fuel mass, oxygen mass, total gas mass, and the Darcy’s law which link the pressure and volumetric flow rate. The traveling waves are obtained making an useful variavel change such that convert the PPDE’s system in an ordinary differential equations system (ODE’s) where the existence of heteroclinic orbits is equivalent to the existence of a traveling waves for the system of PPDE’s which connect the burned state to the unburned state. In the proof of the existence and uniquess of such orbits are used basic tools in Qualitative Ordinary Differential Equations Theory, Dynamical Systems, Perturbation Theory and TravelingWaves Theory with special mention to Singular Perturbation Theory and Melnikov Method inside of the perturbation theory. / Neste trabalho estudamos e mostramos a existência de soluções do tipo onda viajante para um sistema de equações diferenciais parciais parabólico (EDPP’s) que modela um processo de combustão in-situ através de um meio poroso. A combustão in-situ é um método térmico de recuperação de óleo de reservatórios petrolíferos. O sistema é deduzido considerando duas camadas de rocha porosa e aplicando as leis físicas de balanço de energia, de massa de combustível, oxigênio, gás total, e a lei de Darcy que relaciona a pressão e a vazão volumétrica dos fluidos considerados. As ondas viajantes são obtidas fazendo uma mudança de variáveis apropriada de modo que o sistema de EDPP’s se transforme num sistema de equações diferenciais ordinárias (EDO’s), onde a existência de uma orbita conectando dois equilíbrios corresponde-se com a existência de uma onda viajante do sistema de EDPP’s, conectando um estado totalmente queimado com um estado não queimado. Para a prova de existência e unicidade das referidas órbitas são utilizadas ferramentas básicas da Teoria qualitativa das Equações Diferenciais Ordinárias, Sistemas Dinâmicos, Teoria da Perturbação e Teoria de Ondas Viajantes, ressaltando dentro da teoria da perturbação a técnica da Perturbação Singular Geométrica e o Método de Melnikov.