Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Ayala Rivera, Jenniffer Solange, 1987-
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: [s.n.]
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.12733/5408
Resumo: Orientadores: Guilherme José de Castilho, Helder Lima de Moura
id UNICAMP-30_f9ddae48502ce028b9d49d4e05fd1c8a
oai_identifier_str oai::1248060
network_acronym_str UNICAMP-30
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository_id_str
spelling Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluidsEvaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluidsEscoamento com giroEstimação de movimentoFluídos não-NewtonianosCisalhamentoFlow with rotationMovement estimationNon-Newtonian fluidsShearOrientadores: Guilherme José de Castilho, Helder Lima de MouraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia QuímicaResumo: O estudo da fluidodinâmica para a otimização de processos de agitação e mistura são continuamente abordados pela literatura. A abordagem de velocimetria por imagem de partículas (PIV) tem sido amplamente utilizada para estudar os padrões de escoamento em tanques, sendo que a maioria desses estudos tem se restringido a determinar o campo de escoamento de fluidos newtonianos. Entretanto, na indústria, a maioria de fluidos a serem misturados e/ou agitados apresentam alta viscosidade e são não newtonianos, evidenciando a necessidade de expandir as investigações nessa área. Para compreender o escoamento de fluidos não newtonianos, é necessário avaliar a taxa de cisalhamento, pois a viscosidade aparente depende do seu comportamento. Uma determinação precisa da taxa de cisalhamento e das estruturas de escoamento é essencial para otimizar os parâmetros do processo e o projeto do tanque agitado, melhorando a eficiência do processo pelo menor consumo de energia. Além disso, as condições de escoamento que favorecem o mecanismo de mistura são facilmente atingidas em condições de escoamento em regime de transição ou turbulento, ressaltando a necessidade de se abordar tais regimes. Diante desses desafios, esta Tese propõe avaliar as propriedades não newtonianas de uma solução aquosa de carboximetilcelulose em um tanque agitado com impelidor de pás inclinadas 45° para diferentes velocidades de rotação da pá, utilizando medidas PIV adquiridas pelas técnicas de ensemble-averaged e ângulo-resolvido. Além disso, a fim de estudar o regime turbulento, é realizada uma análise do padrão do escoamento utilizando água como fluido de estudo. Os resultados são mostrados em termos de campos médios de velocidade, da taxa de cisalhamento, da viscosidade aparente e do número de Reynolds. As diferenças entre as duas abordagens de medidas PIV foram significativas em termos de magnitude de velocidade e características dos vórtices. Os resultados demonstram que a taxa de cisalhamento é fortemente influenciada pela resolução espacial. As maiores taxas de cisalhamento, e consequentemente menores valores de viscosidade aparente, foram obtidas nas regiões superior e de descarga da pá do impelidor. A presença de um vórtice acima da pá resultou em altos valores do número de Reynolds local, refletindo a presença de turbulência naquela região. Além disso, foi possível verificar que o escoamento em regime de transição e turbulento é anisotrópico no domínio agitado. Verificou-se que as propriedades reológicas e a posição da pá afetam o tamanho e a localização da distribuição do jato no volume do tanqueAbstract: The study of fluid dynamics for the optimization of stirring and mixing processes is continuously addressed in the literature. The particle image velocimetry (PIV) approach has been widely used to study flow patterns in tanks, and most of these studies have been restricted to determining the flow field of Newtonian fluids. However, most of the fluids to be stirred and/or mixed have high viscosity and non-Newtonian behavior, evidencing the need to expand investigations in this area. To understand the flow of non-Newtonian fluids, it is necessary to evaluate the shear rate, since the apparent viscosity depends on its behavior. An accurate determination of the shear rate is essential to optimize process parameters and tank design, which can lead to the improvement of the process efficiency through lower power consumption. Besides, the flow conditions that favor the mixing mechanism are easily achieved in transitional or turbulent regimes, highlighting the need to address such regimes. Faced with these challenges, this thesis proposes to evaluate the non-Newtonian characteristics of an aqueous solution of carboxymethylcellulose in a stirred tank equipped with a pitched-turbine (PBT) impeller for different rotational rotation speeds, using PIV data acquired by ensemble-averaged and angle-resolved measurements. Furthermore, in order to study the turbulent regime, an analysis of the flow patterns using water as working fluid was performed. Results are shown in terms of time-averaged velocity, shear rate, apparent viscosity and Reynolds number fields. Differences between both PIV measurements approaches were significant in terms of velocity magnitude and characteristics of trailing vortices. The results demonstrated that the shear rate is strongly influenced by the spatial resolution. The highest shear rates, and consequently lower apparent viscosity values, were presented in the upper and discharge regions, and near the tank wall. The presence of a vortex above the blade resulted in high values of local Reynolds number, reflecting the presence of turbulence in that region. The measurements made it possible to verify that the flow in transitional and turbulent regimes of both the water and CMC solution are anisotropic. Moreover, it was found that rheological properties and blade position affect the shape and location of the jet formed in the tankDoutoradoEngenharia QuímicaDoutora em Engenharia QuímicaCNPQ140997-9/2019[s.n.]Castilho, Guilherme José de, 1983-Moura, Helder Lima de, 1987-Cremasco, Marco AurelioTaranto, Osvaldir PereiraSalazar, Juan Pablo de Lima CostaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia QuímicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASAyala Rivera, Jenniffer Solange, 1987-20222022-05-26T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (160 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/5408AYALA RIVERA, Jenniffer Solange. Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano: Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids. 2022. 1 recurso online (160 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/5408. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1248060Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-08-24T10:55:02Zoai::1248060Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-08-24T10:55:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
dc.title.none.fl_str_mv Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
title Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
spellingShingle Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
Ayala Rivera, Jenniffer Solange, 1987-
Escoamento com giro
Estimação de movimento
Fluídos não-Newtonianos
Cisalhamento
Flow with rotation
Movement estimation
Non-Newtonian fluids
Shear
title_short Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
title_full Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
title_fullStr Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
title_full_unstemmed Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
title_sort Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano : Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids
author Ayala Rivera, Jenniffer Solange, 1987-
author_facet Ayala Rivera, Jenniffer Solange, 1987-
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Castilho, Guilherme José de, 1983-
Moura, Helder Lima de, 1987-
Cremasco, Marco Aurelio
Taranto, Osvaldir Pereira
Salazar, Juan Pablo de Lima Costa
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Química
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
dc.contributor.author.fl_str_mv Ayala Rivera, Jenniffer Solange, 1987-
dc.subject.por.fl_str_mv Escoamento com giro
Estimação de movimento
Fluídos não-Newtonianos
Cisalhamento
Flow with rotation
Movement estimation
Non-Newtonian fluids
Shear
topic Escoamento com giro
Estimação de movimento
Fluídos não-Newtonianos
Cisalhamento
Flow with rotation
Movement estimation
Non-Newtonian fluids
Shear
description Orientadores: Guilherme José de Castilho, Helder Lima de Moura
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022
2022-05-26T00:00:00Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/20.500.12733/5408
AYALA RIVERA, Jenniffer Solange. Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano: Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids. 2022. 1 recurso online (160 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/5408. Acesso em: 3 set. 2024.
url https://hdl.handle.net/20.500.12733/5408
identifier_str_mv AYALA RIVERA, Jenniffer Solange. Avaliação das medidas 2D-PIV na operação de agitação de fluidos newtoniano e não newtoniano: Evaluation of 2D-PIV measurements in the agitation of Newtonian and non-Newtonian fluids. 2022. 1 recurso online (160 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/5408. Acesso em: 3 set. 2024.
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.relation.none.fl_str_mv https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1248060
Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDF
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
1 recurso online (160 p.) : il., digital, arquivo PDF.
dc.publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
publisher.none.fl_str_mv [s.n.]
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
instname_str Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron_str UNICAMP
institution UNICAMP
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
repository.mail.fl_str_mv sbubd@unicamp.br
_version_ 1809189938761039872