Análise Numérica de Escoamento de Emulsão Através de Restrições

dc.contributor.advisor1Soares, Edson Jose
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4485206584533650
dc.contributor.authorVitoria, Lidia Ramos da
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/
dc.contributor.referee1Pereira, Fabio de Assis Ressel
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-1500-2952
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5476118728173549
dc.contributor.referee2Siqueira, Renato do Nascimento
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9791817633014124
dc.contributor.referee3Ribeiro, Daniel da Cunha
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000000336901938
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8563308324482367
dc.contributor.referee4Coelho, Erick Fabrizio Quintella Andrade
dc.date.accessioned2024-05-30T00:53:22Z
dc.date.available2024-05-30T00:53:22Z
dc.date.issued2022-01-24
dc.description.abstractIt is indispensable to understand the behavior of drops and bubbles breakup in multiphase flows for many industrial applications. In the oil industry, for example, the droplet breakup during the oil extraction process directly impacts the separation of components extracted from the well. It is known that the separation efficiency between oil and water depends on the droplet size distribution: the smaller the drops, the lower the separation efficiency. The separation between oil and water must be effective due to the need to have a pure oil, without the presence of water, and due to Federal Law 9.966/2000. To achieve that, separation techniques and ways to prevent droplet breakage have been studied. The breakage and coalescence of droplets present in emulsions has been studied experimentally and numerically. In this context, this work develops numerical analyses to evaluate the flow of emulsions through different restrictions. For this, the ANSYS Fluent 2020 R2 software associated with the Euler- Lagrange approach and the Stochastic Secondary Droplet Model is used. A technique is developed to define critical Weber and break constant values. Thus, the break model can be configured without the need to obtain experimental data. In order to validate the computational modeling and the technique developed to configure the break model, two experimental literature works are used. These works analyze the flow of oil-in-water emulsion through different restrictions with Reynolds values between 28,000 and 69,000. The relative deviations obtained in diameters greater than are less than 10%. After validations, this work investigates the influence of turbulent kinetic energy dissipation rate on droplet breaking. It is observed that the integral of the average kinetic energy dissipation is the most adequate variable to suggest whether a restriction breaks more or less drops. Finally, new restrictions geometries are analyzed. These are: straight restriction, round restriction, nine hole restriction and chamfered restriction. These restrictions are subjected to an emulsion flow with a Reynolds number equal to 41,000. Among the analyzed restrictions, the round restriction achieves the best performance, presenting a value of 196% higher, when compared to the straight restriction.
dc.description.resumoCompreender o comportamento da quebra de gotas e bolhas em escoamentos multifásicos é indispensável para muitas aplicações industriais. Na indústria petrolífera, por exemplo, a quebra de gotas durante o processo de extração do petróleo impacta diretamente a separação dos componentes extraídos do poço. Sabe-se que a eficiência de separação entre o óleo e a água depende da distribuição de tamanho de gotas. Quanto menores as gotas, menor é a eficiência de separação. A separação entre óleo e água deve ser eficaz devido à necessidade de ter um óleo puro, sem a presença de água, e devido à Lei Federal 9.966/2000. Para alcançar tal feito, técnicas de separação e maneiras de evitar a quebra de gotas vêm sendo estudadas. A quebra e coalescência de gotas presentes em emulsões tem sido estudada experimentalmente e numericamente. Nesse contexto, este trabalho desenvolve análises numéricas para avaliar um escoamento de emulsão através de diferentes restrições. Para isso, utiliza-se o software ANSYS Fluent 2020 R2 associado a abordagem Euler-Lagrange e ao modelo de quebra de gota Stochastic Secondary Droplet Model. Uma técnica para definir os valores de Weber crítico e da constante de quebra é desenvolvida. Com isso, o modelo de quebra pode ser configurado sem a necessidade de obter dados experimentais. A fim de validar a modelagem computacional e a técnica desenvolvida para configurar o modelo de quebra, dois trabalhos experimentais da literatura são utilizados. Esses trabalhos analisam o escoamento de emulsão de óleo em água através de diferentes restrições com valores de Reynolds entre 28.000 e 69.000. Os desvios relativos obtidos nos diâmetros superiores ao são inferiores a 10%. Feitas as validações, este trabalho investiga a influência da taxa de dissipação da energia cinética turbulenta na quebra de gotas. Observa-se que, a integral da dissipação de energia cinética média é a variável mais adequada para sugerir se uma restrição quebra mais ou menos gotas. Por fim, novas geometrias de restrição são analisadas, são elas: restrição reta, restrição redonda, restrição com nove orifícios e restrição chanfrada. Essas restrições são submetidas a um escoamento de emulsão com número de Reynolds igual a 41.000. Dentre as restrições analisadas, a restrição redonda alcança o melhor desempenho, apresentando um valor de 196% maior, quando comparada com a restrição reta.
dc.description.sponsorshipPetróleo Brasileiro S A (Petrobras)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/15957
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectQuebra de Gotas
dc.subjectRestrições
dc.subjectDTG
dc.subjectEmulsão
dc.subjectCFD
dc.subjectEuler-Lagrange
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleAnálise Numérica de Escoamento de Emulsão Através de Restrições
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis

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