Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/27042

Type: Dissertação
Title: Previsão de propriedades reológicas de géis parafínicos baseada na teoria de objetos fractais
Author(s)/Inventor(s): Guimarães, André da Silva
Advisor: Souza, Márcio Nele de
Co-advisor: Melo Junior, Príamo Albuquerque
Abstract: A gelificação de petróleos parafínicos é um problema grave na indústria petrolífera, pois o gel formado devido ao resfriamento do óleo no tubo pode causar o bloqueio da linha de transporte. Nesse cenário, é importante dispor de modelos matemáticos que conciliem a cinética de formação do gel com as propriedades reológicas do fluido para auxiliar em situações de retomada de operação, especialmente na predição da tensão de escoamento. Diante disso, o objetivo desse trabalho foi o estudo e desenvolvimento de modelos cinéticos e reológicas para petróleos parafínicos sob a ótica da teoria de objetos fractais. Para isso, a cinética de formação do gel foi estudada através do processamento e análise de imagens de microscopia de luz polarizada e da calorimetria diferencial de varredura, e as suas propriedades reológicas foram investigadas através de ensaios dinâmicos de varredura de tensão oscilatória. Esses ensaios foram realizados utilizando óleos modelo com frações de parafina de 2,5, 5,0 e 7,5 % m/m e taxas de resfriamento de 0,50, 0,75, 1,00 °C•min−1. Com os dados experimentais obtidos, foi elaborado um modelo cinético para predição da fração mássica de parafina precipitada, sendo esta, conciliada por meio de modelos de escala com a deformação crítica, o módulo elástico e a tensão de escoamento do gel. Os modelos desenvolvidos foram então aplicados em uma simulação de parada operacional numa tubulação, por meio da qual foi possível estimar a tensão de escoamento no tubo. Os resultados obtidos apontam a forte influência da fração de parafina precipitada e da taxa de resfriamento nas propriedades reológicas obtidas.Dessa forma, com a metodologia proposta foi possível expandir os estudos realizados em escala laboratorial para uma aplicação na indústria por meio de um modelo matemático que integra os efeitos da cinética nas propriedades reológicas do fluido.
Abstract: The gelation of waxy oils is a meaningful problem in the oil industry, because the gel formed due to the cooling of the oil in the pipe can cause blockage of the line. In this scenario, it is important to have mathematical models that reconcile the kinetics of gel formation with the rheological properties of the fluid to assist in situations of resumption of operation, especially in predicting the yield stress. Therefore, the objective of this work was to study and develop kinetic and rheo- logical models for paraffinic oils from the perspective of fractal object theory. To this end, the kinetics of gel formation was studied through the processing and anal- ysis of polarized light microscopy images and differential scanning calorimetry, and its rheological properties were investigated through dynamic oscillatory stress sweep tests. These tests were carried out using model oils with paraffin fractions of 2.5, 5.0 and 7.5 % wt and cooling rates of 0.50, 0.75, 1.00 °C·min−1. With the experimental data obtained, a kinetic model was developed for predicting the mass fraction of precipitated wax, and this, reconciled through scaling models with the critical de- formation, elastic modulus and yield stress of the gel. The developed models were then applied to a simulation of operational shutdown in a pipeline, through which it was possible to estimate the yield stress in the pipe. The results obtained point to the strong influence of the precipitated wax fraction and the cooling rate on the rheological properties obtained. Thus, with the proposed methodology it was pos- sible to expand the studies performed on a laboratory scale for an application in industry through a mathematical model that integrates the effects of kinetics in the rheological properties of the fluid.
Keywords: Petróleo
Reologia
Parafina
Oleodutos
Gelificação
Modelagem matemática
Teoria dos fractais
Simulação computacional
Propriedades reológicas
Petroleum
Rheology
Paraffin wax
Petroleum pipelines
Gelation
Mathematical models
Fractals
Computer simulation
Rheological properties
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Aug-2021
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: GUIMARÃES, André da Silva. Previsão de propriedades reológicas de géis parafínicos baseada na teoria de objetos fractais. 2021. 139 f. Tese (Doutorado) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Química

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