La Phoronomia (1716) de Jacob Hermann (1678 -1733): entre la filosofía natural y la mecánica analítica

La "Phoronomia", primer libro de mecánica escrito tras los "Principia", es representativo del proceso de transición que transformó la dinámica a principios del XVIII y que concluye con la "Mecánica" de Euler (1736). Está escrita en estilo geométrico y algebraico, y mezcla los conceptos y métodos de Leibniz y Newton de forma idiosincrásica. En esta obra se encuentra por primera vez la segunda ley de Newton escrita en la forma en que hoy la conocemos, así como un intento de construcción de la estática y la dinámica de sólidos y fluidos basado en reglas generales diferenciales.

Modelagem mecânica e aproximação por métodos estabilizados de escoamentos multicomponentes

Este estudo foi motivado pela possibilidade de se empregar os conhecimentos da engenharia mecânica na solução de problemas de engenharia de alimentos por métodos numéricos, assim como pela utilização da dinâmica dos fluidos computacional (CFD) em mais um campo de pesquisa. A idéia básica foi a aplicação do método de elementos finitos na solução de problemas de escoamentos envolvendo mistura de diferentes componentes. Muitos alimentos apresentam-se como fluidos, e seu comportamento material pode ser newtoniano ou não newtoniano, às vezes descrito por relações constitutivas bastante complexas. Utilizou-se uma teoria de misturas apoiada nos conceitos de mecânica do contínuo para a modelagem mecânica do que se passou a considerar como um sistema multicomponente. Necessitou-se de uma detalhada revisão sobre os postulados clássicos da mecânica para que se pudesse recolocá-los, com alguma segurança e embasamento teórico, para sistemas multicomponentes. Tendo em mãos a modelagem do balanço de momentum e massa em sistemas multicomponentes, pôde-se aproximar estas equações através do método de elementos finitos. A literatura aponta que o método clássico de Galerkin não possui a eficiência necessária para a solução das equações de escoamento, que envolvem uma formulação mista onde se faz necessário tomar compatíveis os subespaços de velocidade e pressão, e também devido à natureza assimétrica da aceleração advectiva, o que também aparece como uma dificuldade na solução de problemas de advecçãodifusão, nos casos de advecção dominante. Assim, fez-se uso do método estabilizado tipo GLS, o qual supera as dificuldades enftentadas pelo método de Galerkin clássico em altos números de Reynolds, adicionando termos dependentes da malha, construídos de forma a aumentar a estabilidade da formulação de Galerkin original sem prejudicar sua consistência. Os resultados numéricos dividem-se em três categorias: problemas de transferência de quantidade de movimento para fluidos newtonianos, problemas de transferência de quantidade de movimento para fluidos com não linearidade material e problemas de advecção e difusão de massa em misturas. A comparação de algumas aproximações obtidas com as de outros autores se mostraram concordantes. A aproximação de problemas de fluidos segundo os modelos Carreau e Casson geraram os resultados esperados. A aproximação de um problema de injeção axial com mistura de dois fluidos produziu resultados coerentes, motivando a aplicação prática da aproximação por métodos estabilizados de problemas de misturas.

Simulação numérica de escoamentos de fluidos com efeitos de rotação

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Simulação numérica de escoamentos de fluidos pelo método de elementos finitos baseado em volumes de controle em malhas não estruturadas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Investigação reológica e análise mecânica de compósitos não-newtonianos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Simulação numérica de escoamentos de fluidos pelo método de elementos finitos de mínimos quadrados

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Um estudo da estabilidade mecânica de poços a partir de perfis geofísicos em formações pouco consolidadas

A análise da estabilidade mecânica de um poço pode ser feita a partir do cálculo de parâmetros elásticos da formação utilizando a densidade do meio e as velocidades de propagação das ondas compressional e cisalhante na formação rochosa, os quais podem ser obtidos de perfis geofísicos do poço. Em formações sedimentares pouco consolidadas as ferramentas de perfilagem sônica convencionais (monopolares) não conseguem registrar com acuidade a velocidade da onda cisalhante pois a primeira chegada dessa onda é camuflada pela chegada de outras ondas que podem ser mais rápidas que a onda cisalhante num poço perfurado neste tipo de formação. Medidas das velocidades sônicas são feitas em laboratório em amostras da formação, sob condições semelhantes às condições in situ, servindo como ajuste das velocidades registradas no poço pela ferramenta de perfilagem sônica. Para a análise de estabilidade da formação, perfis auxiliares são necessários como o perfil de porosidade, saturação de fluidos e perfis de composição mineralógica da formação rochosa. Exige-se ainda dados de testes de avaliação da formação e de condições do reservatório, mas que são comuns em poços de petróleo, como o teste de formação e os testes de pressurização do poço, tais como o teste de micro-fraturamento hidráulico ou o teste de absorção. A avaliação das tensões principais efetivas que atuam distante do poço, e que não são afetadas pela sua presença, é feita através da associação de um modelo de deformação elástica apropriado e o resultado do teste de pressurização disponível para o poço em estudo. Utilizando resultados clássicos da teoria da elasticidade geral pode-se calcular o campo de tensões modificado na vizinhança da parede do poço devido ao efeito da própria presença do poço ali perfurado e da diferença de pressão existente entre o interior do poço e a formação rochosa. A determinação das propriedades mecânicas da formação a partir das velocidades sônicas e a avaliação do campo de tensões assumindo um modelo elástico de deformação, supõem o meio rochoso no qual as ondas se propagam como elástico, homogêneo e isotrópico. Esta suposição representa a principal aproximação assumida pela metodologia descrita neste trabalho. De posse das propriedades mecânicas da formação e do campo de tensões que age na vizinhança do poço resta definir o critério segundo o qual a rocha sofre instabilidade mecânica quando submetida aquele campo de tensões. Isto permite determinar se, nas condições avaliadas do poço e da formação, haverá quebra da parede do poço por excesso de tensão e, se houver, qual a sua extensão. Assim o problema é como analisar o comportamento mecânico de um poço em uma formação pouco consolidada a partir de perfis geofísicos os quais podem ter problemas no registro das propriedades físicas do meio em formações deste tipo. A metodologia proposta é aplicada a dois intervalos de profundidade pertencentes a dois poços onde arenitos e folhelhos se intercalam e nos quais todos os dados necessários estão disponíveis. Os resultados obtidos mostram que, exceto quando outros mecanismos de quebra da parede do poço agem na formação, a metodologia proposta consegue com sucesso detectar zonas de ocorrência de instabilidade mecânica do poço provocadas por um campo de tensões que excede a resistência mecânica da formação.

Análise do escoamento turbulento por um queimador industrial a gás utilizando dinâmica dos fluidos computacional

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

Implementação de aparato experimental para medição de instabilidades tipo Roll Waves em fluidos não- newtonianos

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Comportamiento de la corrosión de diferentes aleaciones de titanio y tantalio en contacto con fluidos fisiológicos

Programa de doctorado: Tecnología industrial

Tensoativo derivado do ácido cítrico: síntese e aplicação em fluidos de perfuração de emulsão inversa

This work describes the synthesis and study of the application of a new surfactant (Triester Lipophilic – TEL) obtained by citric acid with octanol. It is reaction was followed by thin layer chromatography (TLC) and after purification the product was characterized by proton and 13 – carbon nuclear magnetic resonance spectroscopy ( H and 13C NMR), thermogravimetric analysis (TGA) and surface tension analysis of oil-in-water emulsions. The TEL performance as surfactant in ester, n-paraffin and biodiesel based drilling fluids on the 70/30 and 60/40 water- oil rations (WOR) was evaluated by comparative tests of two commercial products used in the fields. These drilling fluids were aged in roller oven at 200 0 F during 16 h. The rheological and electric stability measurements were carried out at 135 ºF, the phase separation was evaluated after seven days at rest and the filtrate volume of drilling fluids was determined at high temperature and high pressure. The rheological behavior of the drilling fluids was evaluated by the flow curves. The results showed that the drilling fluids studied here presented Binghamian behavior as well as the used in the oil fields. The laboratory tests showed that the TEL reduced the filtrate volume and promoted the enhance of the thermal and mechanical stabilities.

Análise e modelagem do escoamento transitório de fluidos de perfuração

Drilling fluids present a thixotropic behavior and they usually gel when at rest. The sol-gel transition is fundamental to prevent the deposit of rock fragments, generated by drilling the well, over the drill bit during eventual stops. Under those conditions, high pressures are then required in order to break-up the gel when circulation is resumed. Moreover, very high pressures can damage the rock formation at the bottom of the well. Thus, a better understanding of thixotropy and the behavior of thixotropic materials becomes increasingly important for process control. The mechanisms that control thixotropy are not yet well defined and modeling is still a challenge. The objective of this work is to develop a mathematical model to study the pressure transmission in drilling fluids. This work presents a review of thixotropy and of different mathematical models found in the literature that are used to predict such characteristic. It also shows a review of transient flows of compressible fluids. The problem is modeled as the flow between the drillpipe and the annular region (space between the wall and the external part of the drillpipe). The equations that describe the problem (mass conservation, momentum balance, constitutive and state) are then discretized and numerically solved by using a computational algorithm in Fortran. The model is validated with experimental and numerical data obtained from the literature. Comparisons between experimental data obtained from Petrobras and calculated by three viscoplastic and one pseudoplastic models are conducted. The viscoplastic fluids, due to the yield stress, do not fully transmit the pressure to the outlet of the annular space. Sensibility analyses are then conducted in order to evaluate the thixotropic effect in pressure transmission.

Desenvolvimento de um método para correção de curvas de desempenho em bombas centrífugas submersas operando com fluidos viscosos

Electrical Submersible Pump (ESP) is used as an artificial lift technique. However, pumping viscous oil is generally associated with low Reynolds number flows. This condition leads to a performance degradation respect to the performance expected from the regular operation with water that most of the centrifugal pumps are originally designed for. These issues are considered in this investigation through a numerical study of the flow in two different multistage, semi-axial type ESPs. This investigation is carried out numerically using a Computational Fluid Dynamics (CFD) package, where the transient RANS equations are solved numerically. The turbulence is modeled using the SST model. Head curves for several operating conditions are compared with manufacturer’s curves and experimental data for a three-stage ESP, showing good agreement for a wide range of fluid viscosities and rotational speeds. Dimensionless numbers (n, n, n e Re) are used to investigate performance degradation of the ESPs. In addition, flow phenomena through the impellers of the ESPs are investigated using flow field from numerical results. Results show that performance degradation is directly related to rotational Reynolds number, Re. In addition, it was verified that performance degradation occurs for constant normalized specific speedn, which shows that performance degradation occurs similarly for different centrifugal pumps. Moreover, experimental data and numerical results agreed with a correlation from literature between head and flow correction factors proposed by Stepanoff (1967). A definition of modified Reynolds number was proposed and relates the head correction factor to viscosity. A correlation between head correction factor and the modified Reynolds number was proposed, which agreed well with numerical and experimental data. Then, a method to predict performance degradation based on the previous correlations was proposed. This method was compared with others from literature. In general, results and conclusions from this work can also be useful to bring more information about the flow of highly viscous fluids in pumps, especially in semi-axial, multistage ESPs.

Resistência mecânica de hidrogéis termo-sensíveis constituídos de Alginato-Ca2+ / PNIPAAm, tipo Semi-IPN

Thermosensitive hydrogels were synthesized using alginate-Ca2+ in association with a thermosensitive polymer, such as PNIPAAm. The mechanical properties of the hydrogels were determined measuring the maximum tension of deformation. With the increase of the temperature by 25 to 40 ºC above the LCST the chains of PNIPAAm collapsed, dragging the alginate net and diminishing the size of the pores. The decrease in the size of the pores of the hydrogel was followed by an increase in the mechanicals resistance of the material.

Resistência à compressão e remoção de folhas da cana-de-açúcar visando à colheita mecânica

Sugarcane holds an important place in the Brazilian economy. Grate part of the sugarcane harvested still accomplished largely manually. Sugarcane harvesters available in Brazil use the technology to chop the cane into 200 to 300 mm billets to allow on the go cane transferring to transport, contradicting the traditional method of whole stalk sugarcane harvesting system. In order to make whole stalk mechanical harvesting system possible, one of the barriers to be expired is the mechanical removal of the straw. The design of a mechanism that accomplishes this operation depends directly on the knowledge of the mechanical properties of the sugarcane related to its resistance to compression and the forces necessary to remove the leaves from the stalk. Compression tests were conducted using the universal testing machine. For leaves removal test by friction, a special apparatus was designed to allow the registration of the normal and traction force. The sugarcane stalk can resist up to 4.9 MPa. With a normal pressure of 0.8 MPa, which correspond to a friction force of 315 N, it is possible to remove the leaves, independent of its location in the sugarcane stalk.