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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25143| Título: | Start-up flow visualization of viscoplastic materials in horizontal pipes using particle image velocimetry |
| Título(s) alternativo(s): | Visualização do reinicio de escoamento de materiais viscoplásticos em tubos horizontais usando velocimetria por imagem de partículas |
| Autor(es): | Jimenez, Angel de Jesus Rivera |
| Orientador(es): | Franco, Admilson Teixeira |
| Palavras-chave: | Escoamento Viscosidade Fluidos não-newtonianos Fluidos newtonianos Cisalhamento Tensão - Concentração Tubos - Dinâmica dos fluidos Flow Viscosity Non-Newtonian fluids Newtonian fluids Shear (Mechanics) Stress concentration Tubes - Fluid dynamics |
| Data do documento: | 10-Fev-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | JIMENEZ, Angel de Jesus Rivera. Visualização do reinicio de escoamento de materiais viscoplásticos em tubos horizontais usando velocimetria por imagem de partículas. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
| Resumo: | O escoamento de materiais viscoplásticos pode ser encontrado em inúmeros setores industriais, como o processamento de polímeros, bombeamento de comida, indústria de óleos parafínicos, entre outros. Em situações de fechamento devido a emergências ou manutenção, o material restante apresenta uma estrutura gelificada após determinado intervalo de tempo. Objetivando reiniciar o escoamento são aplicadas altas pressões, como no caso de óleos parafínicos em reservas marítimas, situação na qual sobrestimar as pressões pode causar o aumento das dimensões da tubulação e, consequentemente, os custos de produção. Dessa forma faz-se necessária uma predição estimada da pressão mínima para o reinício de circulação como requisito operacional. O objetivo desse estudo experimental é investigar e visualizar o reínicio de escoamento de materiais de tensão limite. Para uma melhor compreensão da dinâmica de escoamento desses materiais são utilizados como montagem experimental uma seção de teste de comprimento 0,980 m com seção circular de raio interno de 0,011 m conectada a dois reservatórios para controle de pressão de entrada e saída e um sistema de visualização por velocimetria por imagens bi dimensionais de partículas (PIV). Duas soluções aquosas de Carbopol® (25 e 50 wt%) são utilizadas como fluidos viscoplásticos. Os perfis de velocidade, a presença de uma estrutura de plug e a transição sólido-fluído são analisadas antes do fluido começar a escoar. A relação entre a mínima queda de pressão de reinício e a evolução do campo de velocidade é observada para diferentes soluções. Ademais, o tempo necessário para reiniciar uma linha bloqueada depende principalmente da queda de pressão aplicada e da viscosidade que aumenta em função do tempo. Finalmente, foi observado que a que a velocidade de escorregamento aumenta exponencial com a tensão cisalhante na parede e com o gradiente de velocidade. |
| Abstract: | The flow of viscoplastic materials is widely found in various industrial sectors, such as polymer processes, food pumping, paraffin oil industry, among others. In shutdown situations due to emergency or maintenance, the material at rest exhibits a gel-like structure after a period of time. In order to restart the flow high pressures are applied which result in a overestimation of the dimensions of the pipeline and the production costs. Therefore, an accurate prediction of the minimum pressure to restart the flow is necessary as an operational requirement. The objective of this experimental study is to investigate and visualize the start-up flow of yield stress materials in pipes. For a better understanding of the flow dynamics of these materials, a test section of length 0.980 m with a circular cross-section of inner radius 0.011 m attached to two reservoirs to control the inlet and outlet pressure and Two-dimensional Particle Image Velocimetry (PIV) visualization system is used as an experimental setup. Two aqueous solutions of Carbopol® (25 and 50 wt%) are used as viscoplastic fluids. The velocity profiles, the presence of plug structure and the solid-fluid transition are analyzed before the fluid begins to yield. A relationship between the minimum start-up flow pressure drop and velocity field evolution is observed for the different solutions. Moreover, the time required to restart the jammed line depends mainly on the applied pressure drop and the viscosity that decreases with time. Finally, it was observed that the slip velocity increases in an exponential way with the wall shear stress and velocity gradients. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25143 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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