Dinâmica dos fluidos computacional para implementação de um novo modelo para estimativa de overreading em placas de orifício

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Mendonca, Cleyton Correia
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
BR
Mestrado em Engenharia Mecânica
Centro Tecnológico
UFES
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/16278
Resumo: The amount of money involved in differential pressure flow measurement is enormous, within the UK it is estimated that most natural gas is measured at least once using an orifice plate: every year around £25 billion of natural gas is measured with an uncertainty of around £250million. The accuracy of orifice plates has been demanded by regulatory bodies and the industry due to so-called legal measurement. Liquid hydrocarbon flow measurement systems must have a maximum permissible error of ±0.3% and, for natural gas systems, a measurement uncertainty less than or equal to 5%. For flow measurement involving only one fluid, the orifice plate is consolidated equipment, however, in the oil industry, the condition of a single fluid flowing through the pipe is hardly verified, and it may contain impurities or other fluids. In case fluids are passing through the meter, the problem of gas humidity arises; this effect causes a positive error in the flow measurement due to the presence of liquid in the gas flow called overreading. Many works were carried out by empirical methods, to understand the overreading in orifice plates. However, the experimental infrastructure for testing meters is expensive and robust. To reduce the costs of semi-industrial or industrial infrastructure, they propose to replace these tests supported by numerical experimentation via computational fluid dynamics. With CFD it is possible to analyze systems involving fluid flow, heat exchange, and associated phenomena, such as chemical reactions and phase change, common in oil flow. In the context of this work, it is proposed to use a numerical method that estimates the overreading using a new mechanistic model developed for an orifice plate, in which the input parameters are obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulation.
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For flow measurement involving only one fluid, the orifice plate is consolidated equipment, however, in the oil industry, the condition of a single fluid flowing through the pipe is hardly verified, and it may contain impurities or other fluids. In case fluids are passing through the meter, the problem of gas humidity arises; this effect causes a positive error in the flow measurement due to the presence of liquid in the gas flow called overreading. Many works were carried out by empirical methods, to understand the overreading in orifice plates. However, the experimental infrastructure for testing meters is expensive and robust. To reduce the costs of semi-industrial or industrial infrastructure, they propose to replace these tests supported by numerical experimentation via computational fluid dynamics. With CFD it is possible to analyze systems involving fluid flow, heat exchange, and associated phenomena, such as chemical reactions and phase change, common in oil flow. In the context of this work, it is proposed to use a numerical method that estimates the overreading using a new mechanistic model developed for an orifice plate, in which the input parameters are obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulation. O montante envolvido na medição de vazão por pressão diferencial é enorme, dentro no Reino Unido, estima-se que a maioria do gás natural é medida pelo menos uma vez usando uma placa de orifício: a cada ano cerca de £ 25 bilhões de gás natural sejam medidos com uma incerteza de cerca de £250milhões. A precisão das placas de orifício tem sido exigida por parte dos órgãos regulamentadores e pela indústria devido à chamada medição legal. Os sistemas de medição de vazão de hidrocarbonetos líquidos devem possuir um erro máximo admissível de ±0,3% e, para os sistemas de gás natural, ter incerteza de medição menor ou igual a 5%. Para medição de vazão envolvendo apenas um fluido, a placa de orifício é um equipamento consolidado, porém, na indústria do petróleo, dificilmente a condição de um único fluido escoando pela tubulação é verificada, podendo conter impurezas ou outros fluidos. No caso de conter outros fluidos passando pelo medidor e sendo este líquido, surge o problema da umidade do gás, tal efeito ocasiona um erro positivo na medição da vazão devido à presença de líquido no escoamento de gás denominado overreading. Muitos trabalhos foram realizados por métodos empíricos, com o intuito de compreender o fenômeno envolvido no overreading em placas de orifício. No entanto, a infraestrutura experimental para realização de testes em medidores é cara e robusta. Visando atenuar os custos com infraestrutura semi-industrial ou industrial, propõem a substituição desses testes por experimentação numérica via fluidodinâmica computacional. Com o CFD é possível analisar sistemas envolvendo escoamento de fluidos, troca de calor e fenômenos associados, como reações químicas e mudança de fase, comuns em escoamento de petróleo. No contexto deste trabalho é proposto utilizar um método numérico para estimar o overreading utilizando um novo modelo mecanicista desenvolvido para placa de orifício, cujo os parâmetros de entrada são obtidos por simulação fluidodinâmica computacional (CFD). Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Universidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em Engenharia MecânicaCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaJunior, Humberto Belichhttps://orcid.org/0000-0002-8795-1735http://lattes.cnpq.br/3879935393431243https://orcid.org/http://lattes.cnpq.br/Macedo, Emanuel Negraohttps://orcid.org/0000-0002-4652-8316http://lattes.cnpq.br/8718370108324505Amorim, Leandro Silvahttps://orcid.org/0000-0002-6005-6749http://lattes.cnpq.br/8478054769916730Mendonca, Cleyton Correia2024-05-30T00:54:17Z2024-05-30T00:54:17Z2022-09-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/16278porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2024-10-07T09:26:39Zoai:repositorio.ufes.br:10/16278Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082024-10-07T09:26:39Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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