Modelagem e projeto de um sistema de controle aplicado ao escoamento bifasico de oleo viscoso e agua em padrão anular

Orientador: Antonio Carlos Bannwart

Access type:openAccess
Publication Date:2008
Main Author: Granzotto, Desiree Grenier
Advisor: Bannwart, Antonio Carlos, 1955-
Referee: Estevam, Valdir, Mendes, José Ricardo Pelaquim
Document type: Master thesis
Language:por
Published: [s.n.]
Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecânica
Program: Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Petróleo
Portuguese subjects:
English subjects:
Online Access:http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265674
Citation:GRANZOTTO, Desiree Grenier. Modelagem e projeto de um sistema de controle aplicado ao escoamento bifasico de oleo viscoso e agua em padrão anular. 2008. 93 p. Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociencias, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/265674>. Acesso em: 15 ago. 2018.
Portuguese abstract:Resumo: As grandes reservas mundiais de óleo pesado e os elevados preços do barril de petróleo tornam essencial o desenvolvimento de tecnologias de elevação e transporte desses óleos. O óleo pesado, com suas características desfavoráveis de alta viscosidade (100 - 10000 cP) e de densidade (abaixo de 20° API), necessita de métodos específicos que viabilizem sua movimentação em dutos a altas vazões. Para isto, um dos métodos mais simples e que não requer utilização de calor ou diluentes é oferecido pelo escoamento anular óleo-água (core-flow). Entre as questões ainda não resolvidas sobre esse escoamento está o controle do escoamento bifásico, de modo a se obter uma operação segura com a razão água-óleo adequada. Neste trabalho é apresentada uma modelagem do escoamento anular de óleo viscoso e água em regimes permanente e transiente no interior de um duto horizontal. Das possíveis estratégias de controle, optou-se, por simplicidade, pelo controle da vazão de água a uma dada vazão de óleo (desejada para a linha), através da atuação na rotação da bomba d'água. A modelagem permanente da perda de carga em escoamento anular foi ajustada aos dados experimentais colhidos em uma linha de aço de 2,5 polegadas de diâmetro nominal e comprimento 30 m, para diversas combinações de vazões de óleo e água, devido a certa aderência do óleo na parede do duto. A modelagem transiente satisfaz o critério clássico de estabilidade de Ledinegg. Esses resultados possibilitaram projetar e testar um sistema de controle para a vazão de água em duas versões: proporcional-integral (PI) e fuzzy. As comparações permitiram concluir pelo melhor desempenho do controlador fuzzy, por suas características e robustez
English abstract:Abstract: The significant heavy oil reserves worldwide and the presently high crude oil prices make it essential the development of technologies for heavy oil production and transportation. Heavy oils, with their inherent features of high viscosity (100-10,000 cP) and density (below 22°API) require specific techniques for pipe flow at high flow rates. For this purpose, one of the simplest methods, which does not require use of heat or diluents, is provided by oil-water annular flow (core-flow). Among the still unsolved issues regarding core-flow is the two-phase flow control, in order to obtain a safe operation of the line at the lowest possible water-oil ratio. In this work a model of the viscous oil-water annular flow in a horizontal pipe for both steady and unsteady regimes is presented. From the possible strategies, the water flow rate control for a given oil flow rate was selected for simplicity. Due to the observation of some oil adherence to the wall, the steady state flow model was adjusted to experimental data collected in a 2.5 inches, 30 meters long steel pipe at several combinations of oil and water flow rates. On the other hand the transient model is shown to satisfy the well-known Ledinegg stability criterion. These features made it possible to design and testing a control system for the water flow rate in two different versions: proportional-integral (PI) and fuzzy. Comparisons indicate that the fuzzy controller performs better due to its features and robustness