Orientador: Cesar Costapinto Santana

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica

Resumo: No presente trabalho é desenvolvida uma correlação para o cálculo do coeficiente de arraste de partículas não esféricas sedimentando em fluidos não-newtonianos independentes do tempo. A utilização da Análise Dimensional e de uma grande quantidade de dados experimentais que cobrem os regimes...

Resumo: No presente trabalho é desenvolvida uma correlação para o cálculo do coeficiente de arraste de partículas não esféricas sedimentando em fluidos não-newtonianos independentes do tempo. A utilização da Análise Dimensional e de uma grande quantidade de dados experimentais que cobrem os regimes laminar, intermediário e turbulento conduziram a uma correlação generalizada para a determinação da velocidade de sedimentação de partículas numa faixa de esfericidade de 0.5 a 1.0. Ao contrário de resultados publicados anteriormente por diversos autores, a correlação aqui desenvolvida não depende de um modelo reológico particular do fluido. Um resumo dos resultados é dado por: CD = {[24 'ômega¿ ('fi¿) / 'Re IND. GEN¿] POT. M + [X('fi¿)] POT. M} Pot. 1/m sendo o Número de Reynolds Generalizado 'RE IND. Gen¿ definido por: 'RE IND. Gen¿ = P 'V.SUP.2.INF. T.¿ 'teta¿('fi¿) / 'tau¿ ('gama¿). Na equação acima, ¿teta¿ é um fator de forma conhecido e 'tau¿ ('gama¿) é a tensão de cisalhamento correspondente a uma taxa de deformação 'gama' relacionada como diâmetro 'D IND. P¿ da partícula esférica de mesmo volume e com a velocidade de sedimentação ¿V IND. T¿ por: 'gama¿ = 'V IND. T¿ / 'D IND. P 'teta¿ ('fi¿). Na primeira equação, as funções ¿omega¿ ('fi¿) e X ('fi¿) são conhecidas a partir de experimentos que consideram os casos limites de escoamento laminar e turbulento e o expoente m é determinado a partir do ajuste dos dados no modelo proposto usando o método das assíntotas de Churchill. No presente trabalho também é analisada a influência da concentração de partículas sólidas na velocidade de queda de partículas não-esféricas em fluidos não-newtonianos independentes do tempo. Os resultados experimentais foram obtidos com a fluidização homogênea de partículas com diversas densidades e esfericidades utilizando-se soluções poliméricas de carboximetil celulose. A interpretação dos resultados através da correlação do tipo Richardson e Zaki conduziu ao relacionamento do expoente da porosidade 'jota¿ com um número de Reynolds generalizado baseado na velocidade de queda num fluido não-newtoniano infinito. Uma simulação do transporte hidráulico de cascalho com fluidos de perfuração foi realizada a partir dos resultados obtidos

Abstract: This research is involved with the development of a drag-coefficient correlation for nonspherical particles settling in purely viscous non-Newtonian fluids. The dynamic interaction term between fluids and particles was studied using both the dimensional analysis and a large number of...

Abstract: This research is involved with the development of a drag-coefficient correlation for nonspherical particles settling in purely viscous non-Newtonian fluids. The dynamic interaction term between fluids and particles was studied using both the dimensional analysis and a large number of experimental data covering the laminar, transitional and turbulent flow regime to obtain a generalized correlation for the determination of the settling velocity valid for particles on a sphericity ('fi¿) range from 0.5 to 1. Unlike the previous published research in this area, this generalized correlation doesnot depend on a particular rheological model. The developed correlation for the drag coefficient GD assumes the form 'C IND. D¿ = {[24 'ômega¿ ('fi¿) / 'Re IND. GEN¿] POT. M + [X('fi¿)] POT. M} Pot. 1/m being the generalized Reynolds number 'RE IND. Gen¿ defined here as: RE IND. Gen¿ = P 'V.SUP.2.INF. T.¿ 'teta¿('fi¿) / 'tau¿ ('gama¿) On above equation , ¿teta¿ ('fi¿) is a known form factor and 'tau¿('gama¿) is the shear stress correspondent to a shear rate 'gama¿ related to the particle diameter 'D IND. P¿ and to the settling velocity 'V IND. T¿ by equation: 'V IND. T¿ por: 'gama¿ = 'V IND. T¿ / 'D IND. P 'teta¿ ('fi¿) In the first equation the functions 'omega¿ ('fi¿) and X ('fi¿) are known from experiments considering the limit cases of laminar and fully turbulent flow and the exponent m is determined from the data reduction using the Churchill's asymptotic method and an extensive data file from the literature. In this work is also made an analysis oí the particle concentration effect on the non-spherical particle settling velocity in purely viscous non-Newtonian fluids. The experimental data were obtained with homogeneous fluidization oí solid particles with variously density and sphericity using polimeric solutions oí carboxymethyl cellulose. The explanation oí the results through Richardson and Zaki correlation led to the relation between voidage exponent i and generalized Reynolds Number Regen based at the particle settling velocity in a infinite environment oí purely viscous non-Newtonian fluids. A simulation oí the hydraulic cutting transport with drilling muds has been done from experimental data obtained in this work