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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE UFRN

    CENTRO DE TECNOLOGIA CT

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA DEQ

    WILLIAM BRUNO BARBOSA DE MEDEIROS

    ESTUDO DA PERMEABILIDADE DE MEIOS POROSOS COM

    SOLUO POLIMRICA

    Natal/RN

    2015

  • WILLIAM BRUNO BARBOSA DE MEDEIROS

    ESTUDO DA PERMEABILIDADE DE MEIOS POROSOS COM

    SOLUO POLIMRICA

    ORIENTADOR: Prof. Dr. EDUARDO LINS DE BARROS NETO

    Natal/RN

    2015

    Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Qumica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos necessrios para obteno do ttulo de Engenheiro Qumico.

  • MEDEIROS, William Bruno Barbosa de Estudo da Permeabilidade de Meios

    Porosos com Soluo Polimrica. Monografia, UFRN, Departamento de Engenharia

    Qumica.

    Orientador: Prof. Dr. Eduardo Lins de Barros Neto

    RESUMO

    A permeabilidade dos materiais uma caracterstica dos meios porosos de

    grande relevncia para variadas reas das cincias e engenharias. Os polmeros

    so compostos qumicos de peso molecular elevado e muitos deles so solveis em

    gua podendo interferir na viscosidade e na permeabilidade de leitos porosos.

    comum a injeo de solues polimricas em reservatrios de petrleo com o

    objetivo de aumentar a produtividade. Os reatores de leito empacotado utilizam

    meios porosos e permeveis para aumentar a eficincia de reaes gasosas

    catalticas, da mesma forma que a dinmica dos corpos hdricos depende da

    permeabilidade dos solos. Este trabalho investiga a permeabilidade de leitos de

    areia ao ser percolado por solues polimricas a base de poliacrilamida (AN 905

    VHM). Os experimentos tambm buscam identificar a influncia da granulometria,

    porosidade e viscosidade sobre a permeabilidade, assim como as propriedades

    reolgicas dos fluidos injetados. Os testes reolgicos realizados neste trabalho

    indicaram que as viscosidades das solues polimricas aumentam com a

    concentrao. As permeabilidades dos leitos estiveram na faixa de 2,95D a 8,60D.

    Estas medidas mostraram que a viscosidade reduz a permeabilidade, enquanto que

    o aumento da porosidade e do tamanho dos gros aumentou a permeabilidade dos

    leitos.

    Palavras-chave: Caracterizao reolgica, polmeros, porosidade e permeabilidade.

  • MEDEIROS, William Bruno Barbosa de Estudo da Permeabilidade de Meios

    Porosos com Soluo Polimrica. Monografia, UFRN, Departamento de Engenharia

    Qumica.

    Orientador: Prof. Dr. Eduardo Lins de Barros Neto

    ABSTRACT

    The permeability of material is a relevant characteristic of porous media that

    can be applied on several science and engineering fields. Polymers are chemical

    compounds of high molecular weight and those which are water soluble can modify

    the viscosity and permeability of a porous medium. The polymer injection in oil

    reservoirs is often used in order to increase the oil production. Packed bed reactors

    have been used to reinforce the efficiency of catalytic gaseous reactions and he

    water bodies dynamics understanding depends on soil permeability. This thesis aims

    to investigate the permeability of sand beds which are percolated by polyacrylamide-

    based (AN 905 VHM) solutions. The experiments also seek to identify the

    granulometry, viscosity and porosity influences on permeability, as well as the

    rheological properties of the injected fluid. Rheological tests denoted that viscosity of

    polymer solutions grow as a result of concentration increasing. Permeabilities of sand

    beds were in the range of 2,95D to 8,60D. Permeabilities measured revealed that

    viscosity reduces permeability. By the other hand, growing porosity and grain size

    rises permeabilities of sand beds.

    Keywords: Rheological characterization, polymer, porosity and permeability.

  • DEDICATRIA

    Dedico este trabalho ao Bom Deus, autor do destino, que iluminou os meus

    caminhos durante este trabalho e pela f que nos mantm firmes.

    Tambm dedico aos meus Pais, Celia Nascimento e Jos Fortunato, por todos

    os ensinamentos, pela amizade desde sempre, pela fora em cada contratempo e

    pela satisfao em cada triunfo.

  • AGRADECIMENTOS

    Meus sinceros agradecimentos a Deus, pelas bnos concedidas, por ser

    uma verdadeira fortaleza e nos manter fortes na f.

    Aos meus Pais, Celia Nascimento e Jose Fortunato, por toda confiana e

    dedicao e por acreditar que ns somos do tamanho dos nossos sonhos.

    Aos meus amigos, por toda a amizade e parceria, que sero sempre

    memorados com imensa satisfao.

    A todos os meus familiares, pelo apoio dado durante os anos de graduao.

    Ao Prof. Dr. Eduardo Lins e ao mestrando Semuel Costa, pela orientao,

    sendo essenciais na produo deste trabalho.

    A UFRN e todos os docentes e colaboradores do DEQ pelo envolvimento e

    colaborao na minha formao.

    Ao NUPEG por fornecer todas as condies e estrutura fsica para a realizao

    dos experimentos.

  • NDICE

    1. INTRODUO ................................................................................................... 10

    1.1. Objetivos do trabalho ............................................................................... 11

    2. REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................... 13

    2.1. Classificao das partculas ..................................................................... 13

    2.2. Porosidade ............................................................................................... 15

    2.3. Propriedades reolgicas........................................................................... 19

    2.4. Permeabilidade ........................................................................................ 21

    2.5. Polmeros ................................................................................................. 24

    3. METODOLOGIA ................................................................................................ 28

    3.1. Materiais Utilizados .................................................................................. 28

    3.2. Procedimentos Experimentais .................................................................. 28

    3.2.1. Classificao da Areia .......................................................................... 29

    3.2.2. Preparo da soluo polimrica.............................................................. 30

    3.2.3. Ensaios Reolgicos .............................................................................. 31

    3.2.4. Testes de Permeabilidade .................................................................... 32

    4. RESULTADOS E DISCUSSES ....................................................................... 36

    4.1. Determinao da porosidade do leito ....................................................... 36

    4.2. Anlises Reolgicas ................................................................................. 37

    4.3. Testes de Permeabilidade ........................................................................ 41

    5. CONCLUSES .................................................................................................. 47

    6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................... 49

  • NDICE DE FIGURAS

    Figura 1 Distribuio das partculas por peneiramento. .................................. 14

    Figura 2 Corte transversal de um meio poroso. .............................................. 16

    Figura 3 Arranjo cbico de partculas.............................................................. 18

    Figura 4 Arranjo rombodrico de partculas .................................................... 18

    Figura 5 Variao da taxa de cisalhamento com a taxa de deformao. ........ 20

    Figura 6 Ilustrao de um meio poroso e permevel ...................................... 21

    Figura 7 Sistema utilizado por Henry Darcy em seus estudos. ....................... 22

    Figura 8 Representao de um polmero (Nylon 66). ..................................... 24

    Figura 9 Estrutura molecular da Poliacrilamida. .............................................. 25

    Figura 10 Etapas da metodologia experimental .............................................. 29

    Figura 11 Agitador eletromagntico de peneiras ............................................ 30

    Figura 12 Sequncia de pesagem por picnometria. ........................................ 30

    Figura 13 Amostra do polmero utilizado ( base de poliacrilamida). .............. 31

    Figura 14 Soluo polimrica a 1500 ppm. ..................................................... 31

    Figura 15 Ensaio reolgico. A Computador, B Remetro e C Banho

    termostatizado. .................................................................................................. 32

    Figura 16 Sistema utilizado para os testes de permeabilidade. ...................... 32

    Figura 17 A Frasco com leo mineral, B Bomba, C Cela de acrlico, D

    Leito poroso de areia, E Manmetro e F - Becker. ......................................... 33

    Figura 18 Tenso de cisalhamento versus taxa de cisalhamento para a gua 38

    Figura 19 Viscosidade plstica versus taxa de cisalhamento para a gua ..... 38

    Figura 20 Tenso de cisalhamento versus taxa de cisalhamento para C =

    600ppm. ............................................................................................................

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