Estudo experimental do escoamento gás-líquido em duto curvo
| Ano de defesa: | 2021 |
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| Tipo de documento: | Dissertação |
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[s.n.]
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| Palavras-chave em Português: | |
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Resumo: | Orientadores: Marcelo Souza de Castro, Valdir Estevam |
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Estudo experimental do escoamento gás-líquido em duto curvoExperimental study of gas-liquid flow in a curved ductBolhas (Física)Escoamento bifásicoEscoamento bifasico - TubulaçõesBombas centrífugasBombas centrífugas - SubmersaFilmes líquidosBubblesBiphasic flowBiphasic flow-pipesCentrifugal pumpsCentrifugal Pumps - SubmergedLiquid filmsOrientadores: Marcelo Souza de Castro, Valdir EstevamDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de GeociênciasResumo: Na indústria de petróleo, o bombeio centrífugo submerso (BCS) é um dos principais métodos de elevação artificial, tendo como característica uma elevada vazão de produção e flexibilidade na instalação. Sendo composto de uma bomba centrífuga de múltiplos estágios, essa bomba fornece energia ao petróleo com a finalidade de elevá-lo até as facilidades de produção. No entanto, algumas condições operacionais, tais como, presença de gás livre na entrada da bomba, podem causar degradação do desempenho, ou até mesmo, causar instabilidades operacionais e interrupção da produção. A presença de gás livre está associada aos fenômenos de surging e gas locking. Contudo, estes fenômenos são de difícil visualização devido a estrutura do estágio que impede observações experimentais detalhadas do escoamento no seu interior. Desta forma, este trabalho propõe o estudo experimental de escoamento bifásico gás-líquido (Água-Ar e Óleo-Ar) em um duto curvo vertical de 180 graus, num circuito fechado de seção não circular de acrílico transparente, simulando assim as condições cinemáticas e dinâmicas semelhantes àquelas que o fluido está exposto durante a passagem no rotor da BCS. O duto curvo permite uma visualização em corte desse escoamento, mostrando, a depender das condições operacionais, a coalescência de bolhas, a presença de uma bolha alongada, um filme de líquido e uma região de remistura semelhantes ao que ocorre no escoamento no rotor de uma bomba centrífuga. Além disso, essa visualização permite identificar o padrão de escoamento de entrada, formação e as características da bolha alongada formada. Desta forma, foi possível estudar a classificação dos padrões de escoamento a partir da formação da bolha alongada, fazer a medição da espessura do filme líquido, calcular os diferentes parâmetros e variáveis na busca do entendimento do comportamento da bolha alongada em distintos parâmetros analisados. A Matriz de Testes considerou escoamento de fluidos água-ar e óleo-ar, para várias pressões na entrada, vazões de líquido e de gás. Os resultados atestaram diferenças nas formações da bolha alongada para os dois fluidos estudados. No experimento água-ar, os números adimensionais utilizados mostraram uma tendência clara em referência a formação da bolha. Já no experimento óleo-ar, onde a viscosidade afetou o escoamento, verificou-se a necessidade de mais experimentos para maiores conclusões. Os resultados obtidos servirão de base para o estudo e melhor entendimento dos fenômenos de surging e gas locking em futuros trabalhosAbstract: In the oil industry, electrical submersible centrifugal pumping (ESP) is one of the main methods of artificial lift, with a high production flow and installation flexibility. It is composed of a multistage centrifugal pump, this pump supplies energy to the oil with the purpose of lifting it up to the production facilities. However, some operating conditions, such as the presence of free gas at the pump inlet, can cause performance degradation, or even cause operational instabilities and interruption of production. The presence of free gas is associated with the phenomena of surging and gas locking. However, these phenomena are difficult to visualize due to the stage structure that prevents detailed experimental observations of the flow inside. In this way, this work proposes the experimental study of two-phase gas-liquid flow (Water-Air and Oil-Air) in a vertical 180° curved duct, in a closed circuit of transparent acrylic non-circular section, thus simulating the kinematic and dynamics conditions like those that the fluid is exposed during the passage in the ESP impeller. The curved duct allows a sectional view of this flow, showing, depending on the operational conditions, the coalescence of bubbles, the presence of an elongated bubble, a liquid film and a remixing region similar to what occurs in the flow in the rotor of a Centrifugal pump. In addition, this visualization allows to identify the flow pattern of entry, formation and the characteristics of the elongated bubble formed. In this way, it was possible to study the classification of the flow patterns from the formation of the elongated bubble, measure the thickness of the liquid film, calculate the different parameters and variables in the search for understanding the behavior of the elongated bubble in different analyzed parameters. The Test Matrix considered flow of water-air and oil-air fluids, for various inlet pressures, liquid, and gas flow rates. The results attested to differences in the formation of the elongated bubble for the two studied fluids. In the water-air experiment, the dimensionless numbers used showed a clear trend in reference to the formation of the bubble. In the oil-air experiment, where liquid viscosity affected the flow, there was a need for more experiments for greater conclusions. The results obtained will serve as a basis for the study and better understanding of the phenomena of surging and gas locking in future worksMestradoExplotaçãoMestre em Ciências e Engenharia de PetróleoCAPES001[s.n.]Castro, Marcelo Souza de, 1986-Estevam, Valdir, 1952-Geest, Charlie Van DerNascimento, Francisco Júlio doUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de GeociênciasPrograma de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de PetróleoUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASMarçal, Renan Apolonio, 1990-20212021-01-27T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (146 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641905MARÇAL, Renan Apolonio. Estudo experimental do escoamento gás-líquido em duto curvo. 2021. 1 recurso online (146 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1641905. Acesso em: 28 fev. 2025.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1166397Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2021-09-17T16:15:02Zoai::1166397Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2021-09-17T16:15:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false |
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