Modelagem e simulação de uma bomba multifásica do tipo duplo parafuso.

• Ano de defesa: 2005
• Autor(a) principal: Nakashima, Celso Yukio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Bombas de calor; Heat Pumps; Heat Transfer; Petróleo (Processamento); Petroleum (Processing); Transferência de calor
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3132/tde-30012024-151037/

O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo termo-hidráulico para uma bomba multifásica do tipo duplo parafuso. Dadas as condições de operação da bomba, o modelo deve ser capaz de calcular diversos parâmetros tais como: distribuição de pressão e temperatura ao longo dos parafusos, vazão de refluxo, potência consumida e transferência de calor para os parafusos e a carcaça, entre outros. Devido à complexidade do escoamento dentro da bomba, optou-se por um modelo termo-hidráulico baseado em balanços de energia e massa. Dividindo-se o movimento dos parafusos em pequenos passos, é possível calcular tais balanços para cada câmara da bomba desde a sua formação na sucção até a sua abertura para a região de descarga. Cada fluxo material ou de energia necessários para que se possa realizar os balanços foi modelado separadamente. O cálculo da transferência de calor através da carcaça da bomba foi modelado utilizando-se um novo sistema de coordenadas desenvolvido para levar em conta a geometria da mesma. O cálculo da transferência de calor através dos parafusos foi feito utilizando-se coordenadas helicoidais. Para o cálculo das vazões de refluxo foram desenvolvidas correlações que permitem levar em conta o efeito da rotação do eixo sobre o refluxo, a qual, até o momento, havia sido desconsiderada em todos os outros modelos. Também se deduziu correlações para calcular a potência convertida em energia interna do fluido por atrito e que, somada à potência debombeamento teórica, fornece a potência consumida pela bomba. Os resultados fornecidos pelas correlações desenvolvidas foram comparados a dados experimentais encontrados na literatura. Uma boa concordância foi encontrada entre eles. No caso das correlações para cálculo do refluxo, os resultados são significativamente melhores que os valores obtidos sem levar em conta a rotação do eixo. ) A comparação dos dados calculados pelo modelo com dados experimentais mostrou que o ele consegue reproduzir muito bem o comportamento da bomba, com resultados muito melhores que os obtidos por modelos previamente propostos. Para escoamentos de líquido, a modelagem mostrou que a forma como se calcula o número de câmaras úteis da bomba está errada e uma nova fórmula foi proposta. No caso de escoamentos líquido-gás, os maiores erros aparecem quando a fração de gás é muito elevada e o parafuso é muito curto. Nesses casos, a obtenção de uma função mais completa para relacionar a FVG das fendas com a das câmaras é necessária. Para tanto, é preciso um levantamento maior de dados experimentais que abranja várias condições de operação e de geometria da bomba. Além da validação, as diversas simulações e dados apresentados permitiram uma significativa modificação na compreensão do real funcionamento da bomba e dos parâmetros que influenciam o seu comportamento e desempenho. Assim, o modelo na forma atual, embora ainda necessite de outros desenvolvimentos, pode ser utilizado no desenvolvimento da bomba e na simulação da sua eficiência em diferentes cenários de operação.