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ORCID:  http://orcid.org/0009-0002-9375-8541
Tipo do documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Título: Estudo da sedimentação e acomodação de partículas em sistemas submetidos a gradientes de temperaturas
Título(s) alternativo(s): Study of sedimentation and settlement of particles in systems subjected to temperature gradients
Autor(es): Oliveira Junior, Helio de
Primeiro orientador: Arouca, Fábio de Oliveira
Primeiro coorientador: Damasceno, João Jorge Ribeiro
Primeiro membro da banca: Duarte, Claudio Roberto
Segundo membro da banca: Fagundes, Flávia Marques
Terceiro membro da banca: Lobato, Fran Sergio
Quarto membro da banca: Scheid, Claudia Miriam
Quinto membro da banca: Aguiar, Mônica Lopes
Resumo: A sedimentação constitui um processo amplamente empregado na indústria, abrangendo distintos setores. Dentre os fatores que influenciam sua eficiência, a temperatura exerce papel determinante na separação sólido-líquido. Um exemplo notável ocorre na perfuração de poços de petróleo, em que o fluido de perfuração é submetido ao aquecimento decorrente das condições geotérmicas, com incremento de temperatura à medida que se aprofunda o poço. Durante interrupções na circulação do fluido de perfuração, partículas em suspensão tendem a sedimentar, o que pode comprometer a integridade do poço. Nesse contexto, este trabalho investigou o comportamento da sedimentação e da acomodação de partículas em sistemas sujeitos a diferentes condições térmicas, com ênfase na formação e na estrutura do leito sedimentado. O objetivo principal foi avaliar o comportamento do leito sedimentado em função da temperatura de sedimentação, considerando tanto condições isotérmicas quanto cenários com gradientes térmicos, em sistemas contendo apenas água, bem como em fluidos mais complexos, como os fluidos de perfuração. Para isso, foram preparados sistemas contendo suspensões de carbonato de cálcio em água e fluidos de perfuração com diferentes concentrações de sólidos. As análises envolveram ensaios de sedimentação em condições isotérmicas e com gradientes de temperatura horizontais e verticais. A determinação do perfil de concentração de sólidos foi realizada por meio da técnica de atenuação de raios gama, método não destrutivo que permite avaliar a distribuição de concentração dos sólidos no leito sedimentado. Os resultados indicam que o aumento da temperatura acelera o processo de sedimentação, reduz a viscosidade do fluido e altera a estrutura do leito sedimentado, promovendo a expansão do sedimento. Em sistemas com gradiente térmico, observou-se a migração de partículas em direção às regiões aquecidas e a formação de leitos assimétricos com variações de concentração ao longo do eixo horizontal. Em fluidos de perfuração, a temperatura influenciou diretamente a reologia e a resistência à sedimentação, sendo possível observar diferenças significativa entre as amostras analisadas. A pesquisa contribui para o entendimento dos efeitos térmicos na sedimentação, fornecendo subsídios para o projeto e a operação de sistemas industriais nos quais as variações de temperatura são relevantes, como na perfuração de poços de petróleo.
Abstract: Sedimentation is a widely used process in industry, encompassing various sectors. Among the factors that influence its efficiency, temperature plays a decisive role in solid-liquid separation. A notable example occurs in oil well drilling, where the drilling fluid is subjected to heating due to geothermal conditions, with a temperature increase as the well depth increases. During interruptions in drilling fluid circulation, suspended particles tend to settle, which can compromise well integrity. In this context, this work investigated the behavior of sedimentation and particle arrangement in systems subjected to different thermal conditions, with emphasis on the formation and structure of the sediment bed. The main objective was to evaluate the behavior of the sediment bed as a function of the sedimentation temperature, considering both isothermal conditions and scenarios with thermal gradients, in systems containing only water as well as more complex fluids, such as drilling fluids. For this purpose, systems containing calcium carbonate suspensions in water and drilling fluids with different solid concentrations were prepared. The analyses included sedimentation tests under isothermal conditions and with horizontal and vertical temperature gradients. The solid concentration profile was determined using the gamma-ray attenuation technique, a non-destructive method that allows the assessment of the solids concentration distribution in the sediment bed. The results indicate that increasing the temperature accelerates the sedimentation process, reduces fluid viscosity, and alters the structure of the sediment bed by promoting sediment expansion. In systems with thermal gradients, particle migration towards heated regions and the formation of asymmetric beds with concentration variations along the horizontal axis were observed. In drilling fluids, temperature directly influenced rheology and resistance to sedimentation, with significant differences observed between the samples analyzed. This research contributes to the understanding of thermal effects on sedimentation, providing insights for the design and operation of industrial systems where temperature variations are relevant, such as in oil well drilling.
Palavras-chave: sedimentação térmica
gradiente de temperatura
técnica de atenuação de raios gama
sedimentação isotérmica
sedimento sob aquecimento
thermal sedimentation
temperature gradient
gamma-ray attenuation technique
isothermal sedimentation
heated sediment
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES DE SEPARACAO E MISTURA
Assunto: Engenharia química
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Referência: OLIVEIRA JUNIOR, Helio de. Estudo da sedimentação e acomodação de partículas em sistemas submetidos a gradientes de temperaturas. 2025. 129 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.369.
Identificador do documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.369
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/48071
Data de defesa: 24-Jul-2025
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Aparece nas coleções:TESE - Engenharia Química

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