Publicação: Simulação da trajetória de partículas sólidas em peneiras através do método dos elementos discretos
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA
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Orientador
Coorientador
Lopes, Luís Cláudio Oliveira
Resumo
A mistura formada por fluido de perfuração e cascalhos que retorna do poço do petróleo
caracteriza o resíduo da operação de perfuração de poços. Para o adequado descarte deste
resíduo é necessário um sistema de controle de sólidos em sondas de perfuração, com a
finalidade de remover os sólidos da mistura. Em contrapartida, tem-se a máxima recuperação
possível do fluido. As peneiras vibratórias constituem o primeiro equipamento do sistema de
separação de sólidos e são projetadas para processar todo o volume circundante da mistura.
Caracterizam-se pela separação de sólidos grosseiros, impedindo a passagem de material com
tamanho superior à abertura da tela. As características e as particularidades da operação de
peneiramento tornam a modelagem deste processo desafiadora. Nesta dissertação o
peneiramento de cascalho é modelado empregando-se o método de elementos discretos
(DEM). Cada partícula que constituiu o material granular é modelada individualmente. O
método contabiliza a influência de diferentes fatores sobre a dinâmica de cada partícula. O
cascalho é representado pela aproximação com partículas esféricas. O material empregado
para descrever as partículas foi o mármore, rocha em cuja composição estão presentes os
principais minerais encontrados em cascalhos de perfuração de solos nacionais (calcita,
quartzo e dolomita). O cesto da peneira é descrito por partículas de massa e raio infinitos e a
tela é modelada como um contorno perfurado. O DEM contabiliza as forças atuantes nas
partículas decompostas em componentes normal e tangencial. Para descrever a força devido
ao contato empregou-se o modelo não linear de Hertz para a componente normal e o modelo
linear de Lee e Herrmann para a componente tangencial. Os resultados simulados consideram
a distribuição do tamanho de partículas, a inclinação da peneira e o ângulo de direção de
vibração e representam o comportamento do sólido com boa aproximação, podendo auxiliar
na melhoria do projeto da peneira e na otimização da operação.
Abstract
The mixture formed by drilling fluid and gravels returning from the oil well characterizes the
residue from the well drilling operation. For the proper disposal of this residue a solid control
system is necessary in drilling probes, in order to remove solids from the mixture. In contrast,
the maximum possible recovery of the fluid is obtained. Vibrating screens are the first
equipment of the solids separation system. They are designed to process all surrounding
volume of the blend. It is characterized by the separation of coarse solids, preventing the
passage of material with a size larger than the aperture of the screen. The characteristics and
particularities of the sifting operation make the modeling of this process challenging. In this
dissertation the gravel sieving is modeled using the method of discrete elements (DEM). The
method counts the influence of different factors on the dynamics of each particle. The gravel
is represented by the approximation with spherical particles. The material used to describe the
particles was the marble, rock composed of the main minerals found in drilling gravels of
national soils (calcite, quartz and dolomite). The sieve basket is described by particles of
infinite mass and radius and the screen is modeled as a perforated contour. DEM accounts for
the forces acting on the particles decomposed into normal and tangential components. To
describe the force due to the contact was used the Hertz nonlinear model for the normal
component and the Lee and Herrmann linear model for the tangential component. The
simulated results consider the particle size distribution, the sieve inclination and the vibration
direction angle and represent the behavior of the solid with a good approximation, which may
aid in the improvement of the sieve design and optimization of the operation.
Palavras-chave
Cascalho de perfuração, Peneiras vibratórias, Modelagem matemática, Método dos elementos discretos, Drilling gravel, Vibrating screen, Mathematical modeling, Discrete element method
Citação
SILVEIRA, Jeniffer Cristina. SIMULAÇÃO DA TRAJETÓRIA DE PARTÍCULAS SÓLIDAS EM PENEIRAS ATRAVÉS DO MÉTODO DOS ELEMENTOS DISCRETOS. 2017. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017. Programa de Pósgraduação em Engenharia Química.