O monitoramento das constantes ópticas, índice de refração e espessura óptica, durante a confecção de filmes finos, é essencial para desenvolvimento de suas aplicações em diversas áreas. No monitoramento da variação de espessura, métodos capacitivos são tradicionalmente usados, com acurácia de + 2μm, durante o processo de recobrimento por imersão (dip coating). Neste mesmo processo, nosso objetivo é estender o método de monitoração óptica, anteriormente consolidado com fluidos Newtonianos, para uma classe de não-Newtonianos - com vastas aplicações comerciais e industriais - que seguem lei de potência. Através desta, testamos a validade do modelo teórico correspondente e do método de monitoração óptica para esta classe. Utilizamos Carbopol e CMC (Carboxi Metil Celulose), substâncias que conhecidamente seguem lei de potências. Quanto aos parâmetros de processo, utilizamos diferentes concentrações em água e diferentes velocidades de retirada, e comparamos os resultados experimentais com as simulações do modelo teórico. Exceto no período transiente inicial, os fluidos não-Newtonianos utilizados, em todo o intervalo de concentrações e velocidades permitido pelas condições experimentais, comportaram-se de acordo com a lei de potência. Deste modo, estas substâncias podem ser caracterizadas por duas constantes da lei: “s”, a potência, e “k”, a constante reológica relacionada com a viscosidade. Quanto às diferentes concentrações, à velocidade constante, o escoamento apresentou duas regiões temporais distintas na variação de espessura. Uma inicial, predominam os maiores valores de “s”, típicos de concentrações menores. Na segunda região, como o termo temporal da equação decai com o inverso do tempo, predomina o fator multiplicativo que contém “k”. Para diferentes velocidades, à concentração fixa, os resultados não apresentaram variação significativa em suas constantes reológicas. As diferentes curvas, correspondentes às duas substâncias, devem-se a potências “s” diferentes. Com acurácia duas a três ordens de grandeza melhor que pelo método capacitivo (+ 0,007μm) e com centenas de amostragens por minuto - que atestam a reprodutibilidade do arranjo experimental computadorizado - a concordância obtida entre teoria e experimento demonstra a validade do modelo não-Newtoniano de lei do potência, assim como adequação do método de monitoração óptica para esta classe de fluidos. . Futuramente, o método poderá ser também estendido para fluidos da mesma classe que possuam índice de refração temporalmente variável e para outras classes de fluidos não- Newtonianos, assim como para filmes produzidos por processo de “spin coating” ou por deposição física a vapor (PDV) em vácuo.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-08-14Bitstream added on 2014-06-13T18:51:00Z : No. of bitstreams: 1 fiorot_gh_me_ilha.pdf: 2877327 bytes, checksum: ce0fa737c0fef352015099139e4eaefc (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / As corridas de lama e os deslizamentos de terra, corriqueiros nas épocas de chuvas, vêm sendo observados e despertando atenção na mídia e órgãos públicos em função do número crescente de vítimas registrado. Trata-se de eventos naturais que atingem, cada vez mais, núcleos soci- ais vulneráveis. Esta dissertação de mestrado faz uma abordagem mecanicista destes eventos, modelados matematicamente como escoamentos em canais inclinados. Quando colocados em condições favoráveis de inclinação e vazão, este tipo de escoamento pode constituir um domínio propício à propagação de instabilidades na sua superfície livre que, eventualmente, podem vir a se tornar um tipo específico de ondas denominado na literatura de roll waves. Estas ondas, de comprimento de onda e amplitude bem definidos, são especialmente afetadas pelas caracte- rísticas do escoamento e do fluido. As lamas (soluções hiperconcentradas de matriz argilosa) constituídas quando daqueles eventos naturais são caracterizadas como fluidos fortemente não- newtonianos do tipo Herschel-Bulkley (COUSSOT; PIAU, 1994; SANTOS, 2003). Em termos de fluidos-tipo (aqueles usados em laboratório), duas vertentes são tratadas: a proposta do uso do carbopol como fluido representativo das lamas (fluido não-newtoniano); e a proposta da glice- rina (fluido newtoniano). Um modelo matemático representativo do fenômeno é apresentado, proposto por Ferreira (2007). Nele o respectivo modelo reológico é inserido na parte viscosa das equações de Cauchy e, após adimensionalização das variáveis e promediação das equações, culmina com uma equação diferencial de primeira ordem que é resolvida numericamente. Os parâmetros que envolvem o equacionamento são discutidos em função da sensibilidade das características das roll waves. Uma segunda abordagem traz a... / Mudflows and landslides, common in the rainy season, have been noticed and attracted media and public departments attention due to the increasing amount of victims recorded. This disser- tation provides a mechanistic approach of those events, mathematically modeled as flows in in- clined open channels. When disposed in favorable conditions of slope and flow, this type of flow can become a suitable domain to the propagation of instabilities on its free surface that even- tually may turn out to be a specific type of waves called by the literature as roll waves. These waves, well-defined in wavelength and amplitude, are particularly affected by the characteris- tics of flow and fluid. The muddy materials (hyper-concentrated solutions of clay) which take place on those natural events are characterized as highly non-Newtonian fluids like Herschel- Bulkley (COUSSOT; PIAU, 1994; SANTOS, 2003). Concerning the test-fluids (those employed on laboratory), two lines are explored: the utilization of carbopol as representative fluid for muds (non-Newtonian fluid); and the employment of glycerin (Newtonian fluid). A mathematical model representing the phenomenon is presented, proposed by Ferreira (2007). The proper rhe- ological model is inserted into the viscous part of Cauchy’s equations and, after transferring to dimensionless variables and averaging the equations, the model culminates with a first-order differential equation which is solved numerically. The parameters involving the equation are discussed due to the sensitivity of the characteristics of roll waves to them. A second approach brings the direct numerical simulation through FLUENT software as an attempt to validate the models. Based on the great lack of information concerning realistic measurements of this phe- nomenon in the literature, it was sought, in this work... (Complete abstract click electronic access below)

O monitoramento das constantes ópticas, índice de refração e espessura óptica, durante a confecção de filmes finos, é essencial para desenvolvimento de suas aplicações em diversas áreas. No monitoramento da variação de espessura, métodos capacitivos são tradicionalmente usados, com acurácia de + 2μm, durante o processo de recobrimento por imersão (dip coating). Neste mesmo processo, nosso objetivo é estender o método de monitoração óptica, anteriormente consolidado com fluidos Newtonianos, para uma classe de não-Newtonianos - com vastas aplicações comerciais e industriais - que seguem lei de potência. Através desta, testamos a validade do modelo teórico correspondente e do método de monitoração óptica para esta classe. Utilizamos Carbopol e CMC (Carboxi Metil Celulose), substâncias que conhecidamente seguem lei de potências. Quanto aos parâmetros de processo, utilizamos diferentes concentrações em água e diferentes velocidades de retirada, e comparamos os resultados experimentais com as simulações do modelo teórico. Exceto no período transiente inicial, os fluidos não-Newtonianos utilizados, em todo o intervalo de concentrações e velocidades permitido pelas condições experimentais, comportaram-se de acordo com a lei de potência. Deste modo, estas substâncias podem ser caracterizadas por duas constantes da lei: “s”, a potência, e “k”, a constante reológica relacionada com a viscosidade. Quanto às diferentes concentrações, à velocidade constante, o escoamento apresentou duas regiões temporais distintas na variação de espessura. Uma inicial, predominam os maiores valores de “s”, típicos de concentrações menores. Na segunda região, como o termo temporal da equação decai com o inverso do tempo, predomina o fator multiplicativo que contém “k”. Para diferentes velocidades, à concentração fixa, os resultados não apresentaram variação significativa em suas constantes reológicas. As diferentes curvas, correspondentes às duas substâncias, devem-se a potências “s” diferentes. Com acurácia duas a três ordens de grandeza melhor que pelo método capacitivo (+ 0,007μm) e com centenas de amostragens por minuto - que atestam a reprodutibilidade do arranjo experimental computadorizado - a concordância obtida entre teoria e experimento demonstra a validade do modelo não-Newtoniano de lei do potência, assim como adequação do método de monitoração óptica para esta classe de fluidos. . Futuramente, o método poderá ser também estendido para fluidos da mesma classe que possuam índice de refração temporalmente variável e para outras classes de fluidos não- Newtonianos, assim como para filmes produzidos por processo de “spin coating” ou por deposição física a vapor (PDV) em vácuo.

Orientador: Carlos Alberto Gasparetto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-21T00:02:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fontes_SergioRodrigues_D.pdf: 7278181 bytes, checksum: 7e03baea39c933281cf8e9412ba45d42 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Neste trabalho é investigado o escoamento incompressível laminar permanente de fluido não-newtoniano com transferência de calor na região de entrada de tubos cilíndricos. A condição de contorno admitida é de temperatura constante na parede, tanto para aquecimento como para resfriamento. O escoamento é analisado experimentalmente com soluções aquosas de gomas Xantana e Guar com características reológicas do tipo pseudoplástico, cujos parâmetros foram determinados em reômetro de cilindros concêntricos. O comportamento dos fluídos é bem descrito pelo modelo de Lei de Potência. ? = K(?)n. A dependência de K com a temperatura é descrita por uma relação exponencial. Os resultados experimentais estão delimitados nos intervalos: 2x10-04 < Gz-1 < 10-02, 300 < Pr < 1000, 30 < Re < 400 e 30,9 < L/D < 135,8. Os resultados são reportados na forma de correlações entre os adimensionais de Reynolds, Prandlt e L/D, com o objetivo prático de calcular os coeficientes de transferência de calor e perda de carga do escoamento não isotérmico de entrada. Também foi desenvolvida modelagem desse escoamento, utilizando-se da formulação variacional, com uma proposta de funções para os campos de velocidade e temperatura. Os resultados experimentais, da modelagem e de trabalhos da literatura, são comparados e apresentam boa concordância / Abstract: This is an investigation of non isothermal and non newtonian laminar flow in the entrance region of tubes. The flow is steady, incompressible and tube wall has constant temperature. Heating and cooling are considered. Experimental work was conducted using solutions of Xantan and Guar gums which exhibited pseudoplastic, as behaviour determined in a concentric cylinder rheometer. Power law fitted well the Theological behaviour of all fluids and temperature dependence between consistency index was of the exponencial type. Experiments lie in the ranges: 2x10-04 < Gz-1 < 10-02, 300 < Pr < 1000, 30 < Re < 400 e 30,9 < L/D < 135,8. Results were reported as correlations of the following non dimensional parameters: Reynolds, Prandlt e L/D, allowing practical calculations of heat transfer and pressure drop. Also a variational approach was developed with proposed functions to describe velocity and temperature fields. Comparison is carried among experimental, analytical and literature data and good agreement is observed / Doutorado / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientador: Francisco Maugeri Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-07-28T13:08:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 YepezSilva-Santisteban_BernardoOnagar_M.pdf: 14493698 bytes, checksum: 7f730439d304de65a8b8c84f8e829215 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: A enzima inulinase oferece uma alternativa interessante na produção de xaropes enriquecidos em frutose usando como matéria prima polímeros de reserva de inulina, os quais se encontram na natureza como reserva de carboidratos. Alem disso as inulinases apresentam atividade de transferase o que permite a produção de frutoligosacarídeos a partir de dímeros como a sacarose. A frutose apresenta vantagens em relação à sacarose, como um adoçante confiável e alternativo por ser mais saudável, possuir maior poder adoçante e pode dissimular o sabor amargo da sacarina. A levedura Kluyveromyces marxianus varo bulgaricus ATCC16045 tem sido amplamente estudada por ser um microrganismo hiperprodutor de inulinase. Uma ampla revisão bibliográfica revela que a produção de muitos sistemas de enzimas e influenciada pelos parâmetros de aeração e agitação, por tanto e com base em estudos prévios sobre otimização de meio de cultivo estudou-se a influencia da agitação, aeração e tipo de agitador (Rushton, hélice naval e "ptiched blade up") na produção da enzima em fermentações em batelada simples. O efeito da agitação e aeração sobre a atividade da enzima foi estudado usando sistemas com duas turbinas de Rushton. A faixa estudada foi 50 a 250 rpm e 0,5 a 2,0 wm. Os resultados experimentais mostraram que a aeração, com agitação maior de 150 rpm não influenciou a produção da enzima, portanto estudou-se o incremento da agitação hasta 550 rpm mantendo a aeração a 1,0 vvm. A melhor produção foi atingida a 450 rpm com uma produção de 121Ul/mL. O estudo com diferentes tipos de agitadores foi feito nesta condição ótima, verificando-se que o agitador "pitched blade up" apresentou o melhor desempenho, produzindo 176 UllmL. Foram também, monitorados o pH, oxigênio dissolvido (OD), viabilidade celular e o kLa. Observou-se que com as turbinas de Rushton a atividade e a biomassa foram maiores quando o kLa foi maior. No entanto, com outros tipos de agitadores esta relação foi alterada provavelmente em função dos mecanismos de fluxo e cisalhamento que provocaram a queda da viabilidade. Observou-se, através da relação o kLa e o desempenho do pH e OD, que o kLa determinou o metabolismo usado pela levedura. / Abstract: Inulinase offers an interesting alternative for the produetion of high fruetose syrups, using inulin as raw material. This enzyme can also have fructosiltransfarase activity, which enable the production of fructooligosacharides form sucrose. Fructose presents some advantages relating to sucrose, as a reliable and more healthier sweetener, as well as higher sweetness. The yeast Kluyveromyces marxianus var bulgaricus ATCC 16045 has been utilized for inulinase production since it has been proved as an excellent enzyme producer. Factorial design and response surface techniques were used to optimize the fermentation conditions for the production of inulinase by Kluyveromyces marxianus ATCC 16045. Sucrose was used as carbon source instead ofinulin. Aeration, agitation and type of impeller (disk turbine, marine and pitehed blade) were studied in a stirred reactor. Two factorial designs 22 were carried out. Agitation speed varied from 50 to 550 rpm, aeration rate from 0.5 to 2.0 vvm. From the factorial designs, it has been concluded that the aeration rate didn't influence the inulinase production, only the agitation speed has significant effect. The best result with the disk impeller at 450 rpm and aeration at 1.0 wm was an activity of 121 Ul/ml, after 72 hours of fermentation. Since only agitation is a significant factor, it was inereased up to 550 rpm, using the three impellers. High agitation velocity with disk impeller enhanced death rate and decreased enzyme production. The marine impeller didn't improve the enzyme production. The best production was achieved with the pitehed blade impeller. The enzyme production with this impeller achieved 176 Ul/ml, at 450 rpm and 1.0 wm. It has been shown that the inulinase production was strongly influenced by aeration and agitation parameters and impeller type. Also, it was observed an important relation between Kt.aand pH and dissolved oxygen through out the fermentation. / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador : Maria Helena Robert / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-29T01:51:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MontelRovira_MaximinoM_D.pdf: 30793080 bytes, checksum: 1f77df73f81e958c894eb4ba5ec8204a (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O trabalho apresenta uma análise da aplicação da tecnologia de processamento de materiais no estado semi-sólido, no foIjamento da liga de alumínio AA2011. Inicialmente foi estudada a influência da temperatura de reofundição na qualidade de pastas semi-sólidas obtidas pelo método de fusão parcial controlada de estruturas refinadas (FPCER). Foram sistematizados testes de tratamento térmico a quatro diferentes temperaturas (888,893,898 e 903 K), por tempo de 10 min para globularização da estrutura. Os resultados obtidos mostraram que o método de (FPCER) é eficiente para promover a globularização da estrutura podendo ser utilizado para produzir pastas reofundidas de qualidade em todas as condições testadas. Foram executados testes de tixofoIjamento a 893 e 903 K, com força máxima aplicada de 50, 100, 200 e 270 kN, utilizando para tanto condições severas segundo a teoria do forjamento convencional. Foi estudada a influência da temperatura de tixoforjamento no preenchimento da matriz. Os produtos obtidos foram caraterizados mecânica e metalurgicamente com e sem tratamento térmico de solubilização e envelhecimento. Quanto ao tixoforjamento, os resultados mostraram que podem ser obtidas, num único passo de forjamento, peças com geometria complicada, exatidão e qualidade dimensional próximas às de projeto; e ainda aplicando forças de conformação menores do que as necessárias para obter a mesma peça utilizando forjamento convencional. O preenchimento da matriz aumenta com o aumento da força máxima aplicada. Análises estruturais mostraram que produtos obtidos por forjamento de semi-sólidos apresentam estrutura equiaxial, porém rejeição de líquido para as bordas da peça pode ser observada. As propriedades mecânicas foram melhores nos tixoforjados com maior fração sólida, porém os produtos obtidos por métodos convencionais (extrusão e fundição com refino de grão) apresentaram melhores propriedades do que os tixoforjados em todas as condições testadas. Tratamentos térmicos de solubilização e envelhecimento podem melhorar, até certo ponto, as propriedades mecânicas dos produtos tixoforjados / Abstract: The work deals with the ana1ysis of the semi-solid technology applied to the thixoforming of AA 20011 aluminium alloy. Initially it was studied the influence of temperature in the quality of semi-solid raw material suitable for thixoforming (spheroidal morphology in the solid phase) when producing such material by partial melting of super-refined as-cast structures. Heat treatment at four differents temperatures (888, 893, 898 and 903 K) were carried out, to promote structure spheroidisation. Results show that perfect and equiaxial structure can be obtained in all tested conditions. Thixoforging tests at 893 K and 903 K, with maximum forces of 50, 100, 200 and 270 kN, were carried out in a specially designed die to impose severe flow conditions, in such a way that 100 % solid material would not be able to succeed. Forces were monitored during tests and their influence in the microstructure of the products was ana1ysed. Flow pattems and mechanical properties were ana1ysed. Results show that much more complex geometries can be achieved, in just one operation, when using semi-solid, globular structures. Good surface finishing and accuracy were obtained; required lower forces compared to those required for conventional forming (100 % solid) were observed when forging in the semi-solid state. Products with fine, equiaxial structure, were obtained by thixoforming. However, heterogeneous structure can be produced by liquid separation during processing. Mechanical properties of the thixoforging in the as thixoforged and after ageing treatment (T6) products were not substantially better than mechanical properties of the products obtained by conventional processes like extrusion and casting (with grain refiner). T6 treatment can improve, at certain extent, mechanical properties of the products / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Cesar Costapinto Santana / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-14T04:41:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pinheiro_DamarisKirsch_M.pdf: 2883204 bytes, checksum: cb5ae7920cbe0852e520d4f257237024 (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: No presente trabalho foram realizados estudos experimentais sobre o fenômeno do deslocamento imiscível de um fluido newtoniano por soluções poliméricas, com comportamento reológico não-newtoniano. Os testes de bancada foram desenvolvidos utilizando-se amostras de rochas petrolíferas de reservatórios nacionais, saturadas com óleo mineral, promovendo-se o deslocamento com soluções poliméricas de Poliacrilamida Parcialmente Hidrolisada e Polissacarídeo Goma Xantana. Os resultado de tais deslocamentos foram comparados com o deslocamento imiscível de um fluido newtoniano por outro fluido newtoniano, sendo aqui utilizada soluções de cloreto de potássio. Foram obtidas correlações que possibilitam o cálculo da permeabilidade efetiva à solução polimérica através das propriedade do meio poroso, dos parâmetros do modelo reológico que define o comportamento do fluido e dos dados obtidos no deslocamento. A partir destas correlações foi desenvolvido um programa, baseado no Método de Welge, que possibilita o cálculo das curvas de permeabilidades relativas obtidas do deslocamento imiscível de um fluido newtoniano por um fluido não-newtoniano. Este programa permite o cálculo para fluidos deslocantes que seguem os modelos reológicos: Newtoniano, Ostwald ¿ de Waele, Bingham e Herschel ¿ Bulkley / Abstract: The present work is related with experimental studies concerning to the phenomena of imiscible displacement of a Newtonian fluid in a porous media using polymeric solutions with non-Newtonian behavior as the injection fluid. Bench tests involving samples of brazilian reservoir rocks (Rio Bonito field) saturated with mineral oil were carried out, aiming the oil displacement through the utilization of partially hydrolyzed polyacrylamide solutions and polysaccharide (Xantan Gum) solutions. Results of the displacement caused by the non-Newtonian solutins were compared to those experiments done with Newtonian fluids (potassium chloride solutions). The experimental results enable the calculation of the effective permeability for the polymeric solution through established correlations associated to the porous media properties and to the rheological associated to the porous media properties and to the rheological behavior parameters of the solutions. The Welge method was applied to develop a computer program using the correlations developed in this work to predict the relative permeability curves from the displacement experiments. This program is general enough to include Newtonian, Ostwald-de-Waele, Bingham and Herschel-Bulkley rheological models for the injection fluid / Mestrado / Desenvolvimento de Processos em Sistemas Particulados / Mestre em Engenharia Química

Orientação: Osvair Vidal Trevisan / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-19T20:25:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_JoseAltamiroCarrilhoMotados_M.pdf: 21821522 bytes, checksum: ae68b8438e5a185924db18f4111dc96e (MD5) Previous issue date: 1994 / Resumo: A produção de água juntamente com óleo, devido à formação de cone de água, acarreta grandes prejuízos, em virtude da redução da produção de óleo e da queda de pressão do reservatório, além de gastos adicionais para o descarte desta água, um agente altamente poluidor. Um dos métodos usados para diminuir a produção de água, devido à formação do cone, é a injeção de fluido não-newtoniano no reservatório, no intuito de criar uma barreira de baixa permeabilidade. É de suma importância o conhecimento da posição da frente do banco de fluido no reservatório, para que se possa avaliar o volume necessário a ser injetado e determinar a melhor posição para o canhoneio do poço. A formulação do problema é feita através da equação diferencial parcial não-linear para escoamento do fluido modelo de potência em meio poroso. Da solução independente deste problema, obtém-se, o campo de velocidade, usado como parâmetro em uma outra equação (difusão-convecção) diferencial parcial linear, relativa ao transporte de polímero dentro do reservatório. Em virtude da equação do movimento ser não-linear e ainda não existir solução analítica para o caso de duas dimensões, a solução numérica para o problema foi obtida através do uso de diferenças-finitas, usando um algoritmo totalmente implícito. A solução do campo de pressão, transformada em campo de velocidade, é comparada com as soluções analíticas para o escoamento de fluido não-newtoniano em uma direção e em duas direções para fluido newtoniano. Após as comparações, acima citadas, foi constatado que o movimento dentro do banco de fluido injetado está em regime permanente, independendo, portanto, da viscosidade para fluido newtoniano e dos índices de comportamento e de consistência para fluido modelo de potência. Por isto, a solução do problema é feita de forma semi-analítica, através de expressão conhecida para tempo longo. Por sua vez, a equação de transporte de polímero é resolvida numericamente / Abstract: Water production due to water coning means great losses, inducing reduction in oil production and additional pressure drop in the reservoir, not mentioning the costs for disposal of the produced water - a major pollutant. One method used to decrease water production from coning is the injection of a non-newtonian fluid into the near wellbore region of the reservoir, for the fonnation of a permeability barrier to water flow. It is important for the engineer to determine the position of the fluid bank front in the reservoir, in order to evaluate the amount of injection fluid needed and to choose the wellbore segment to be perforated. The problem fonnulation is carried out from the partial differencial equation accounting for the flow of a power law fluid in porous media. The velocity field yielded by the solution of this equation is used in the diffusion-convection differential equation that describes the transport of polymer in the reservir. Due to the non-linear characteristic of the first equation, the solution is sought via a finite-difference numerical method employing a fully implicit algorithm. The solution obtained, in tenns of pressure and velocity fields, is compared against available analytical solutions for the non-newtonian flow in one dimension and for the newtonian flow in two dimensions. The study shows that the fluid flow in the core of the fluid bank is essentially in the steady-state regime, therefore the velocity field is independent of viscosity characteristics of the fluid - viscosity per se in newtonian fluids and behavior/consistency indexes in power law fluids. The complete solution for the problem is conveniently sought by a semi-analytical procedure, combining analytical long-tenn solutions for the velocity fields and numerical solution for the polymer transport equation / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Gilcilene Sanchez de Paulo / Banca: Alexandre Megiorin Roma / Banca: Gilmar Mompean / Resumo: Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento teórico do modelo algébrico PTT (Phan-Thien-Tanner) e aplicação na simulação de escoamentos viscoelásticos. A implementação e obtenção das soluções numéricas são realizadas no ambiente de simulação FREEFLOW-2D. A metodologia numérica a ser empregada para resolver o modelo algébrico PTT é baseada no método de diferenças finitas, com discretização em uma malha deslocada. O fluido é modelado utilizando a técnica MAC (Marker-and-Cell ) o que permite visualizar e localizar a superfície livre do fluido. As derivadas temporais da equação de quantidade de movimento e do modelo algébrico PTT são aproximadas pelos métodos de Euler implícito e Euler explícito, respectivamente. Os termos convectivos são aproximados pelo método 'upwind' de alta ordem CUBISTA (Convergent and Universally Bounded Interpolation Scheme for the Treament of Advection) e as derivadas espaciais por diferenças centrais. A verificação da metodologia numérica é feita na simulação de um escoamento confinado totalmente desenvolvido em um canal, comparando os resultados da solução numérica com a solução analítica que, neste trabalho, é obtida a partir do modelo algébrico PTT. Ainda considerando um escoamento viscoelástico no canal, é comparado o esforço computacional das simulações que utilizam o modelo algébrico e o modelo diferencial. Outro problema proposto para verificar o desempenho do modelo algébrico PTT é a contração abrupta 4:1, nessa geometria também expõem-se comparações do esforço computacional das simulações dadas pelo modelo algébrico e pelo modelo diferencial. Como aplicação em escoamentos com superfície livre, o modelo algébrico é testado em simulações de uma gota viscoelástica em uma placa rígida (Impacting Drop). Os resultados numéricos são comparados com os previstos pelo modelo diferencial PTT. / Abstract: This work presents the theoretical development of the algebraic model PTT (Phan- Thien-Tanner) and its application to the simulation of viscoelastic flows. The implementation and numerical solutions are obtained in the simulation framework FREEFLOW -2D. The numerical methodology used to solve the algebraic PTT model is based on the finite difference method with discretization on a staggered grid. The fluid is modeled using the MAC (Marker-and-Cell) technique which allows for visualization and location the free surface of the fluid. The temporal derivative of the momentum equation and of the algebraic PTT model are approximated by the implicit and explicit Euler's methods. The convective term are approximate by the 'upwind' high order method CUBISTA (Convergent and Universally Bounded Interpolation Scheme for the Treament of Advection) and spatial derivatives by central differences. The numerical methodology verification is performed in a simulation of a confined flow fully developed in a channel, comparing the numerical solution with the analytical solution which is obtained by the algebraic PTT model. Still considering a viscoelastic flow in the channel, is compared the computational effort of the simulations using the algebraic model and differential model. Another problem proposed to verify the performance of the algebraic PTT model is the planar contraction 4:1. This geometry also they expose themselves comparisons of the computational effort of the simulations given by the algebraic model and the differential model. As application of free surface flows, the algebraic model is tested in simulations of a viscoelastic drop in a rigid plate (Impacting Drop). The numerical results are compared with the expected results obtained by the differential PTT model. / Mestre

Made available in DSpace on 2015-01-26T13:21:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-05-15Bitstream added on 2015-01-26T13:30:53Z : No. of bitstreams: 1 000799461.pdf: 1170582 bytes, checksum: fb0d62accecb516bb2cbd93a0b354a65 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento teórico do modelo algébrico PTT (Phan-Thien-Tanner) e aplicação na simulação de escoamentos viscoelásticos. A implementação e obtenção das soluções numéricas são realizadas no ambiente de simulação FREEFLOW-2D. A metodologia numérica a ser empregada para resolver o modelo algébrico PTT é baseada no método de diferenças finitas, com discretização em uma malha deslocada. O fluido é modelado utilizando a técnica MAC (Marker-and-Cell ) o que permite visualizar e localizar a superfície livre do fluido. As derivadas temporais da equação de quantidade de movimento e do modelo algébrico PTT são aproximadas pelos métodos de Euler implícito e Euler explícito, respectivamente. Os termos convectivos são aproximados pelo método ‘upwind’ de alta ordem CUBISTA (Convergent and Universally Bounded Interpolation Scheme for the Treament of Advection) e as derivadas espaciais por diferenças centrais. A verificação da metodologia numérica é feita na simulação de um escoamento confinado totalmente desenvolvido em um canal, comparando os resultados da solução numérica com a solução analítica que, neste trabalho, é obtida a partir do modelo algébrico PTT. Ainda considerando um escoamento viscoelástico no canal, é comparado o esforço computacional das simulações que utilizam o modelo algébrico e o modelo diferencial. Outro problema proposto para verificar o desempenho do modelo algébrico PTT é a contração abrupta 4:1, nessa geometria também expõem-se comparações do esforço computacional das simulações dadas pelo modelo algébrico e pelo modelo diferencial. Como aplicação em escoamentos com superfície livre, o modelo algébrico é testado em simulações de uma gota viscoelástica em uma placa rígida (Impacting Drop). Os resultados numéricos são comparados com os previstos pelo modelo diferencial PTT. / This work presents the theoretical development of the algebraic model PTT (Phan- Thien-Tanner) and its application to the simulation of viscoelastic flows. The implementation and numerical solutions are obtained in the simulation framework FREEFLOW -2D. The numerical methodology used to solve the algebraic PTT model is based on the finite difference method with discretization on a staggered grid. The fluid is modeled using the MAC (Marker-and-Cell) technique which allows for visualization and location the free surface of the fluid. The temporal derivative of the momentum equation and of the algebraic PTT model are approximated by the implicit and explicit Euler’s methods. The convective term are approximate by the ‘upwind’ high order method CUBISTA (Convergent and Universally Bounded Interpolation Scheme for the Treament of Advection) and spatial derivatives by central differences. The numerical methodology verification is performed in a simulation of a confined flow fully developed in a channel, comparing the numerical solution with the analytical solution which is obtained by the algebraic PTT model. Still considering a viscoelastic flow in the channel, is compared the computational effort of the simulations using the algebraic model and differential model. Another problem proposed to verify the performance of the algebraic PTT model is the planar contraction 4:1. This geometry also they expose themselves comparisons of the computational effort of the simulations given by the algebraic model and the differential model. As application of free surface flows, the algebraic model is tested in simulations of a viscoelastic drop in a rigid plate (Impacting Drop). The numerical results are compared with the expected results obtained by the differential PTT model.