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ORCID:  http://orcid.org/0009-0009-8812-2435
Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Construção de um arcabouço CFD parametrizável para o estudo de células de envelhecimento de fluidos de perfuração
Alternate title (s): Construction of a parameterizable CFD framework for the study of drilling fluid aging cells
Author: Bessa, Luís Felipe Bento
First Advisor: Duarte, Cláudio Roberto
First member of the Committee: Souza, Gabriel Reis Simplício de
Second member of the Committee: Pires, Raphael Dannemann
Summary: O envelhecimento de fluidos de perfuração é tradicionalmente avaliado em células submetidas a rotação sobre roladores, configuração que não estabelece um campo de cisalhamento bem definido. Células dotadas de impelidor surgem como alternativa, ao impor cisalhamento controlado, mas estão sujeitas ao surgimento de regiões de baixa velocidade, denominadas zonas mortas, que comprometem a uniformidade do tratamento. Neste trabalho, concebeu-se e construiu-se, do zero e em software livre, um arcabouço de fluidodinâmica computacional parametrizável para a simulação do escoamento de fluidos de perfuração nessas células. A principal contribuição reside justamente nessa parametrização: a geometria é integralmente definida por variáveis e todo o fluxo de trabalho, da geração da geometria e da malha à solução e ao pós-processamento, é automatizado e reprodutível, de modo que a investigação de novas configurações prescinde de reconstrução manual. As propriedades do fluido foram determinadas experimentalmente por retorta, picnometria a gás e ensaio de tixotropia. O modelo, implementado no OpenFOAM, acopla a formulação Euler-Euler bifásica, o fechamento da fase sólida pela teoria cinética dos escoamentos granulares, a força de arrasto de Gidaspow, a reologia tixotrópica de Houska com evolução temporal do parâmetro estrutural e a representação da rotação do impelidor pelo Modelo de Referência Múltipla, sobre geometria parametrizada em Gmsh. A conservação da massa da fase sólida confirmou a consistência numérica do modelo, cuja solução mostrou-se independente do refinamento da malha. O modelo reproduziu uma zona morta abaixo do impelidor, evidenciada de forma convergente pelos campos de velocidade e de cisalhamento e pelo acúmulo de sólidos. O arcabouço parametrizável desenvolvido constitui uma ferramenta reprodutível para estudos futuros de projeto e otimização de células de envelhecimento de fluidos de perfuração.
Abstract: The aging of drilling fluids is traditionally assessed in cells rotated on roller devices, a configuration that does not establish a well-defined shear field. Impeller-equipped cells arise as an alternative, imposing controlled shear, but are subject to the formation of low-velocity regions, known as dead zones, which compromise treatment uniformity. In this work, a parameterizable Computational Fluid Dynamics framework was conceived and built from scratch, in free software, to simulate the flow of drilling fluids in such cells. The main contribution lies precisely in this parameterization: the geometry is fully defined by variables and the entire workflow, from geometry and mesh generation to solution and post-processing, is automated and reproducible, so that investigating new configurations requires no manual reconstruction. The fluid properties were determined experimentally by retort, gas pycnometry and a thixotropy test. The model, implemented in OpenFOAM, couples the two-phase Euler-Euler formulation, the solid-phase closure by the kinetic theory of granular flow, the Gidaspow drag force, the thixotropic Houska rheology with time evolution of the structural parameter, and the representation of the impeller rotation by the Multiple Reference Frame approach, over a geometry parameterized in Gmsh. The conservation of the solid-phase mass confirmed the numerical consistency of the model, whose solution proved to be independent of mesh refinement. The model reproduced a dead zone below the impeller, consistently evidenced by the velocity and shear-rate fields and by solids accumulation. The developed parameterizable framework constitutes a reproducible tool for future design and optimization studies of drilling-fluid aging cells.
Keywords: Fluidodinâmica computacional
Parametrizável
Fluidos de perfuração
Célula de envelhecimento
OpenFOAM
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::TECNOLOGIA QUIMICA::PETROLEO E PETROQUIMICA
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: BESSA, Luís Felipe Bento. Construção de um arcabouço CFD parametrizável para o estudo de células de envelhecimento de fluidos de perfuração. 2026. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49938
Date of defense: 5-Aug-2026
Appears in Collections:TCC - Engenharia Química

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