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Mestrado - Fernando Machado Kroetz

por dirppg-ct publicado 20/03/2020 09h33, última modificação 20/03/2020 09h33
Análise e calibração de modelo constitutivo para fluidos dependentes do tempo
Quando
17/04/2020
de 09h00 até 12h00
(America/Sao_Paulo / UTC-300)
Onde
Sede Ecoville: Sala N-100
Pessoa de contato
Orientador(a): Prof. Cezar Otaviano Ribeiro Negrão, PhD
Participantes
Orientador(a): Prof. Cezar Otaviano Ribeiro Negrão, PhD. - UTFPR
Coorientador(a): Tainan Gabardo Miranda dos Santos, MSc. - FUNTEF
Banca examinadora:
Presidente: Prof. Cezar Otaviano Ribeiro Negrão, PhD. - UTFPR
Prof. Admilson Teixeira Franco, Dr. - UTFPR
Prof. Roney Leon Thompson, Dr. - UFRJ
Gabriel Merhy de Oliveira, Dr. - FUNTEF
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Resumo: Neste trabalho é realizada a modelagem matemática e simulação numérica de ensaios reométricos de fluidos dependentes do tempo. É proposto um modelo matemático que considera a tixotropia do material a partir da abordagem microestrutural indireta, mas sem a utilização de parâmetros estruturais. A evolução das propriedades do material é admitida a partir do desbalanço entre os estados instantâneo e de equilíbrio das propriedades. Para execução do trabalho foram utilizados dois fluidos diferentes: suspensão de laponita e fluido de perfuração. Ensaios reométricos foram conduzidos nas dependências do CERNN/UTFPR nos reômetros Anton Paar MCR 702 TD e TA DHR 3. Os ensaios consistiram na obtenção da curva de escoamento, reinícios de escoamento por patamares de taxa de deformação e testes de fluência, bem como reestruturação dos materiais através de testes oscilatórios a baixas amplitudes de deformação. Estes ensaios foram utilizados para ajuste e validação do modelo matemático. A amostra de laponita apresentou complexidade em seu comportamento, com a ocorrência de bandas de cisalhamento e o não atingimento de regime permanente para testes oscilatórios e de fluência. Tais comportamentos não foram observados para o fluido de perfuração. Para o reinício de escoamento sob taxa de deformação controlada o modelo matemático apresenta desenvolvimento elástico da tensão de cisalhamento nos primeiros instantes, presença de pico de tensão de cisalhamento e posterior redução da tensão de cisalhamento até atingir o regime permanente. Para o teste oscilatório de reestruturação os módulos de armazenamento e dissipação aumentam até atingirem o regime permanente, e para os testes de fluência o modelo é capaz de simular o efeito avalanche. Apesar de o modelo ser mais simples do que diversos da literatura, as simulações numéricas para os dois fluidos demonstram que representa as principais características de materiais elasto-viscoplástico tixotrópicos, podendo ser alternativa viável aos modelos clássicos que utilizam parâmetros estruturais.
Palavras-chave: Fluidos dependentes do tempo; equação constitutiva, modelagem matemática, testes reométricos, ajuste de parâmetros.

Analysis and Calibration of a Constitutive Model for Time-Dependent Fluids
Abstract: In the present work a mathematical model is developed and numerical simulations are conducted regarding rheometrical experiments for time-dependent fluids. The mathematical model considers the material thixotropy from the microstructural indirect approach, without using structural parameters. The properties evolution is ruled by the unbalance between their instantaneous values and the equilibrium ones. Two main materials were employed for the rheometrical experiments: laponite suspension and drilling fluid. Rheometrical experiments were developed at CERNN/UTFPR using the rheometers Anton Paar MCR 702 TD and TA DHR 3. The experiments consisted on obtaining the flow curve, start-up from controlled shear rate and creep tests, as well as restructuring experiments from oscillatory tests. These experiments were employed in order to fit the parameters from the mathematical model. The laponite sample showed a complex behavior, where shear bands were found and the steady state was not achieved for both the oscillatory and creep experiments. These behaviors were not found for the drilling fluid. For the start-up from a shear rate step the mathematical model presents initially the elastic growth of the shear stress, followed by the shear stress overshoot and further material relaxation until the steady state is achieved. For the restructuring oscillatory experiment, the storage and loss moduli increase until reaching the steady state, and for the creep experiments the mathematical model is able to predict the avalanche effect. The numerical simulations for both materials show that the model is able to represent the main characteristics of elasto-viscoplastic thixotropic materials and can be a useful alternative to classic microstructural models that employ microstructural parameters.
Keywords: Time-dependent materials, constitutive equation, mathematical modeling, rheometrical tests, parameter fitting.


Lista de publicações:

1. Kroetz FM, Santos TGM, Negrão COR (2018) A Review on Constitutive Equations for Gelled Waxy Crude Oil Modeling – ENCIT, Águas de Lindóia – SP, Brasil.
2. Kroetz FM, Santos TGM, Negrão COR (2019) A Thixotropic Mathematical Model Fit to Predict the Flow Start-up of Drilling Fluids – ENAHPE, Serra Negra – SP – Brasil.
3. Kroetz FM, Santos TGM, Negrão COR (2019) Constitutive Relation for Thixotropic Fluids Calibrated to a Laponite Solution – COBEM, Uberlândia – MG – Brasil.