Caracterização estrutural, dinâmica e reológica de suspensões coloidais via simulação molecular
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRJ |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/11422/7750 |
Resumo: | In the oil industry, the deposition of heavier fractions, paraffins and asphaltenes, cause problems related to flow assurance. In the early stages of solid precipitation process gels and/or colloidal suspensions are formed. It is necessary studiyng the particle aggregation dynamics to understanding the dynamic mechanisms of paraffins and asphaltenes precipitation. The goal of this work was the implementation of algorithms that calculate structural (Radial Distribution function (RDF) and Structure Factor), dynamical (diffusion coefficient and viscosity) and rheological (G0 and G00 ) properties under different conditions. The validation and tests of these algorithms are made by comparing with literature results of a LennardJones fluid under different conditions. The methods are used to calculate structural and dynamic properties of systems in aggregation process (gelation) obtained via Brownian Dynamics. Brownian dynamics was used, because it allows to insert the solvent influence in the simulation as well as it permits larger timescales. Structural analysis showed that the gels structure continuously on the simulation timescale. The diffusion coefficient decreased along with the time (gelification) and tends towards a constant value, this means that the system does indeed form large aggregates which is confirmed by the Structure Factor. Rheological analysis was performed by oscillatory test which shows that the suspensions exhibit viscoelastic behavior. Elastic behavior prevails at high oscillation frequencies while viscous behavior prevails at low frequencies. Rheological analysis also demonstrated that the gel ages over the simulated time by the increase of the modules G0 and G00 . |
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Caracterização estrutural, dinâmica e reológica de suspensões coloidais via simulação molecularSimulação MolecularSuspensão ColoidalGelificaçãoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAIn the oil industry, the deposition of heavier fractions, paraffins and asphaltenes, cause problems related to flow assurance. In the early stages of solid precipitation process gels and/or colloidal suspensions are formed. It is necessary studiyng the particle aggregation dynamics to understanding the dynamic mechanisms of paraffins and asphaltenes precipitation. The goal of this work was the implementation of algorithms that calculate structural (Radial Distribution function (RDF) and Structure Factor), dynamical (diffusion coefficient and viscosity) and rheological (G0 and G00 ) properties under different conditions. The validation and tests of these algorithms are made by comparing with literature results of a LennardJones fluid under different conditions. The methods are used to calculate structural and dynamic properties of systems in aggregation process (gelation) obtained via Brownian Dynamics. Brownian dynamics was used, because it allows to insert the solvent influence in the simulation as well as it permits larger timescales. Structural analysis showed that the gels structure continuously on the simulation timescale. The diffusion coefficient decreased along with the time (gelification) and tends towards a constant value, this means that the system does indeed form large aggregates which is confirmed by the Structure Factor. Rheological analysis was performed by oscillatory test which shows that the suspensions exhibit viscoelastic behavior. Elastic behavior prevails at high oscillation frequencies while viscous behavior prevails at low frequencies. Rheological analysis also demonstrated that the gel ages over the simulated time by the increase of the modules G0 and G00 .Na indústria de petróleo, a deposição das frações mais pesadas, parafinas e asfaltenos, causa problemas relacionados à garantia de escoamento. Nos estágios iniciais do processo de precipitação desses sólidos, há a formação de géis e/ou suspensões coloidais. Estudar a dinâmica de agregação destas partículas é fundamental para entender os mecanismos dinâmicos de formação de precipitados de parafinas e asfaltenos. O objetivo do trabalho é implementar e validar algoritmos de cálculo de propriedades estruturais (Função de Distribuição Radial e Fator de Estrutura), propriedades dinâmicas (Coeficiente de Difusão e Viscosidade) e reológicas (G’ e G”) de suspensões coloidais em diferentes condições. As validações e testes dos algoritmos são realizados por comparações com resultados obtidos da literatura para o fluido de Lennard-Jones em diferentes condições. A metodologia é usada para calcular as propriedades estruturas e dinâmicas de sistemas em processo de agregação (gelificação) obtidos via dinâmica browniana. A dinâmica browniana é usada para permitir maiores escalas de tempo de observação e incluir o efeito do solvente. A análise estrutural mostra que os géis se estruturam continuamente durante a escala de tempo da simulação. O coeficiente de difusão diminui ao longo do tempo (gelificação) e tende a um valor constante, o que pressupõe a formação de agregados grandes, confirmado pelo fator de estrutura. Em termos de comportamento reológico, ensaios oscilatórios mostram que as suspensões apresentam comportamento viscoelástico, tendendo a prevalecer o comportamento elástico à medida que se aumenta a frequência de oscilação e o comportamento viscoso a baixas frequências. A análise reológica mostra também o envelhecimento do gel ao longo do tempo simulado pelo aumento dos módulos G’ e G".Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de EngenhariaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia QuímicaUFRJTavares, Frederico Wanderleyhttp://lattes.cnpq.br/7873191268083557Souza, Márcia Nele deMoriconi, Luca Roberto AugustoOliveira, Fellipe Carvalho de2019-05-03T17:59:26Z2023-12-21T03:00:36Z2016-05info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://hdl.handle.net/11422/7750porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2023-12-21T03:00:36Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/7750Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2023-12-21T03:00:36Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false |
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