Nesta seção é apresentada uma consolidação dos principais resultados obtidos dos testes com a solução de Carbopol de maneira resumida:
i. Conforme o trabalho de Oliveira et al (2012), foi mostrado experimentalmente que a pressão imposta na entrada de uma tubulação preenchida por um fluido viscoplástico não é totalmente transmitida até a outra extremidade.
ii. Na Seção 5.2.2 foi apresentado que o histórico de cisalhamento em um fluido viscoplástico pode influenciar na distribuição final de pressão ao longo serpentina apenas se a pressurização não for muito elevada.
iii. A tensão limite de escoamento do fluido foi comparada com a tensão de cisalhamento na parede de serpentina com desvio percentual de aproximadamente 17%, com o fluido despressurizado. Neste caso, e também com o fluido pressurizado em aproximadamente 6 e 7 bar, a tensão limite de escoamento e tensão de cisalhamento na parede estavam na mesma ordem de grandeza.
iv. Quanto maior a tensão limite de escoamento, menos pressão é transmitida ao longo da serpentina, e vice-versa.
v. A distribuição de pressão média ao longo da serpentina após a pressurização do fluido a 7 bar obtida por uma simulação numérica mostrou uma concordância dentro de uma faixa de erro de ±5% dos resultados medidos experimentalmente.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste trabalho foi avaliada a transmissão de pressão em fluidos newtonianos e viscoplásticos pressurizados em uma serpentina fechada utilizando uma unidade experimental. Este equipamento é composto por uma tubulação helicoidal confinada em uma câmara térmica de temperatura controlada. O fluido armazenado em um reservatório é deslocado por uma bomba, passando pela serpentina de testes e por fim, de volta ao reservatório. Na serpentina foram instalados quatro transdutores que medem as pressões do fluido. A bomba também é conectada por uma tubulação de retorno de fluido, que acaba diretamente no reservatório. Procedimentos experimentais foram elaborados para que fosse feito o controle da pressão e temperatura durante testes de pressurização lenta e rápida do fluido confinado na serpentina fechada.
De acordo com o escopo da pesquisa bibliográfica feita para o trabalho, não existem estudos publicados na literatura sobre a avaliação da transmissão de pressão utilizando uma unidade experimental em laboratório. O único estudo experimental sobre o assunto foi realizado com uma sonda de perfuração da Petrobras, conforme descrito por Oliveira et al. (2013). Foram encontrados apenas trabalhos experimentais de assuntos similares, como o estudo de situações de falha de reinício de escoamento em fluidos viscoplásticos, em que é observado um gradiente de pressão no fluido em repouso.
Nos experimentos com água, a transmissão de pressões ao longo da serpentina foi avaliada por meio de um critério matemático, em que a diferença de pressão na tubulação deve ser menor que a faixa de erro dos medidores de pressão, 0,016 bar. Todos os resultados analisados respeitaram este critério, confirmando a transmissão total das pressões ao longo da serpentina preenchida com água. Os testes de pressurização rápida foram comparados com simulações numéricas por meio do modelo matemático de Santos (2015), apresentando boa concordância entre as curvas de pressão em função do tempo e também no patamar de estabilização das pressões finais, que resultaram em valores muito próximos.
Na sequência, uma solução de 70% de glicerina e 30% de água foi utilizada nos experimentos. O mesmo critério de transmissão de pressão foi empregado com sucesso nos resultados, comprovando a transmissão de pressão neste fluido. Na comparação entre resultados
de pressurização com a glicerina a 5°C e 25°C, a amplitude das oscilações de pressão logo após o pico de pressão inicial é maior no fluido mais quente, devido a sua menor viscosidade. A glicerina a 5°C, por sua vez, apresentou maior dissipação da onda de pressão, com amplitudes de oscilações menores e menor tempo de estabilização da pressão. Também se notou que as velocidades da onda de pressão eram muito próximas nos dois casos. A comparação entre experimentos de glicerina com simulações numéricas apresentou melhor concordância entre as curvas de pressão em função do tempo do que foi observado com a água, devido a maior dissipação viscosa da glicerina.
Na última etapa do trabalho, uma solução aquosa de Carbopol foi elaborada para ser utilizada na unidade experimental, de modo a avaliar a transmissão de pressão em fluidos viscoplásticos. Foi verificado que o perfil de pressões em um fluido newtoniano permanece uniforme durante a etapa de pressurização lenta. Em contrapartida, a distribuição de pressões observada na solução de Carbopol não é uniforme durante este teste. À medida em que a tensão limite de escoamento é superada durante o bombeamento de fluido, a pressão aumenta sequencialmente ao longo da serpentina. No regime permanente, observa-se um gradiente de pressão decrescente entre as pressões de entrada e saída da serpentina com o fluido pressurizado, o que indica que as pressões impostas na pressurização da solução de Carbopol não foram totalmente transmitidas ao longo da serpentina fechada, conforme já discutido na literatura. A presença da tensão limite de escoamento da solução de Carbopol dificulta a propagação da onda de pressão inicial durante o teste de pressurização rápida, o que é evidenciado pelos pequenos picos de pressão mostrados. Adicionalmente, não foram observadas diferenças entre as pressões de estabilização de testes de pressurização rápida e lenta da serpentina na mesma temperatura e patamar final de pressões. Ou seja, a velocidade de pressurização não aparenta influenciar na transmissão de pressões.
Notou-se durante a execução dos testes que a distribuição inicial de pressão da solução de Carbopol despressurizada não é nula. Isto mostra que há um gradiente de pressão no fluido despressurizado em repouso. Através de dois modos de despressurização do fluido, foram obtidas duas distribuições iniciais de pressão diferentes, chamadas de DI1 e DI2. A partir destas distribuições iniciais de pressão, o fluido foi pressurizado a 3 e 6,8 bar. Foi verificado que a distribuição inicial exerce influência no perfil de pressões final para um mesmo teste, desde que as pressões não sejam muito elevadas. No início da pressurização, a evolução da distribuição de pressão com a pressurização ocorre de maneira diferente para cada condição inicial. Se a pressurização é interrompida em baixos valores de pressão final, as distribuições de pressão
resultantes são diferentes para cada condição inicial. No entanto, as distribuições de pressão se igualam se o fluido é pressurizado a valores mais altos, e a distribuição final de pressões passa a não depender da condição inicial.
Por fim, foi calculada a tensão de cisalhamento na parede da serpentina durante testes de pressurização, de modo a estimar a tensão limite de escoamento da solução de Carbopol. Foi observado que a tensão de cisalhamento na parede é mais próxima da tensão limite de escoamento quando o fluido está totalmente despressurizado. Neste caso, o desvio percentual entre a tensão na parede e a tensão limite de escoamento do fluido a 5°C e 25°C resultou em 17% e 16% respectivamente. No entanto, os seus valores estão na mesma ordem de grandeza, o que mostra que a diferença de pressão em fluidos viscoplásticos pressurizados em tubulações fechadas pode ser consequência da tensão limite de escoamento. Adicionalmente, verificou-se maior transmissão de pressão (ou menor diferença de pressão ao longo da serpentina) no fluido a 25°C do que a 5°C. Os testes reométricos para a solução de Carbopol mostram que a tensão limite de escoamento para o fluido a 5°C é maior do que para o fluido a 25°C. Tendo isto em vista, observa-se que a transmissão de pressão em um fluido viscoplástico pode estar relacionada à magnitude da tensão limite de escoamento, pois quanto maior este valor, menor é a transmissão de pressão ao longo da tubulação. O fato de que a solução de Carbopol é considerada como um fluido viscoplástico ideal reforça este argumento.