Estudo experimental e modelagem empírica do desempenho de bombas centrífugas submersas (BCSs) operando com fluidos viscosos

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Main Author: Kindermann, Ellen, 1994-
Publication Date: 2022
Format: Master thesis
Language: por
Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Download full: https://hdl.handle.net/20.500.12733/4030
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A degradação do desempenho da BCS em função da viscosidade deve ser prevista durante o projeto do sistema de bombeamento para que seja possível contornar a degradação e operar na vazão desejada de projeto. Adicionalmente, a garantia de uma operação eficiente e confiável do BCS tem implicações econômicas importantes devido aos altos custos envolvidos em falhas. Dessa forma, se torna evidente a necessidade de metodologias adequadas para corrigir o desempenho da bomba. No entanto, ainda não há um método universalmente válido para prever o desempenho de BCSs na operação com fluido viscoso. A principal limitação observada na literatura é a falta de dados experimentais de desempenho de BCSs operando com escoamento viscoso, uma vez que a grande maioria dos trabalhos são baseados em bombas centrifugas convencionais. A primeira parte desse trabalho visa à obtenção um grande banco de dados experimental composto por seis modelos de BCSs operando com escoamento monofásico viscoso. Os testes experimentais foram realizados com glicerina e solução de água em glicerina em diferentes velocidades de rotação e 11 viscosidades diferentes, variando de 24 a 1273 cP. A segunda parte consistiu em utilizar esse banco de dados experimental para avaliar os principais modelos empíricos disponíveis na literatura que estimam o desempenho de bombas centrífugas sob escoamento viscoso. Os resultados mostraram desvios consideráveis. Esses modelos foram modificados com base nos dados obtidos experimentalmente, fornecendo melhorias significativas em suas precisões. Finalmente, a terceira parte do presente trabalho, é fornecer um novo modelo empírico dedicado a prever o desempenho de BCSs operando com fluido viscoso. Este novo modelo foi baseado no grande conjunto de dados experimentais de BCSs obtido, um grande diferencial dos modelos disponíveis na literatura. O modelo proposto foi validado para diferentes BCSs e forneceu bons resultados, permitindo sua implementação em ferramentas de seleção de BCSs, ou mesmo em softwares 1D utilizados para simular o sistema de produçãoAbstract: Among the different artificial lift technologies, the Electric Submersible Pumps (ESP) system is the fastest growing and largest revenue segment. The heavy oil production in deepwater is a typical application that highlights ESP from other methods. When ESP handles high viscosity fluids as oil, the pump suffers a performance degradation that impairs head, flow rate, and efficiency regarding to the usual design operation with water. The degradation of ESP performance as a function of viscosity must be anticipated during the pumping system design so that it is possible to overcome the degradation and operate at the desired design flow rate. In addition, the assurance of efficient and reliable operation of ESPs has important economic implications due to the high costs involved in failures. Thus, the need for proper methodologies to estimate pump performance becomes evident. However, there is still no universally valid method for predicting ESP performance under viscous flow. The main limitation observed in the literature is the lack of experimental data on the ESPs performance operating with high viscosity fluids, since most works are based on volute centrifugal pumps. Therefore, the first part of this work aims to obtain a large experimental database of six ESPs models pumping viscous fluids. The experimental tests used double-distilled glycerin and a water in glycerin solution at different rotational speeds and 11 different viscosities, ranging from 24 to 1273 cP. The second part consists of using this experimental database to evaluate the main empirical models available in the literature that estimate centrifugal pump performance under viscous flow. The results showed considerable deviations. These models were modified using the experimental data obtained, providing significant improvements in their accuracy. Finally, the third part of the present work, is to provide a new empirical model dedicated to predicting the ESP performance operating with viscous fluid. This new model was essentially based on the large set of ESP experimental data, since there is no such thing available in the literature. The proposed model was validated for ESPs that are not part of the original database and provided good results, allowing its implementation in ESP selection tools, or even in 1D software used to simulate the production systemMestradoExplotaçãoMestra em Ciências e Engenharia de PetróleoCNPQ134590/2018-0[s.n.]Bannwart, Antonio Carlos, 1955-Monte Verde, William, 1987-Estevam, ValdirForesti, Bernardo PereiraUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaUniversidade Estadual de Campinas. Instituto de GeociênciasPrograma de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de PetróleoUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASKindermann, Ellen, 1994-20222022-01-28T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (220 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/4030KINDERMANN, Ellen. Estudo experimental e modelagem empírica do desempenho de bombas centrífugas submersas (BCSs) operando com fluidos viscosos. 2022. 1 recurso online (220 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/4030. Acesso em: 15 mai. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/1241882Requisitos 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/openAccess2022-05-18T13:43:15Zoai::1241882Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2022-05-18T13:43:15Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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