Caracterização de escoamentos verticais bifásicos utilizando ultrassom

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Figueiredo, Maurício de Melo Freire, 1985-
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639771
Resumo: Orientadores: Alberto Luiz Serpa, Ana Maria Frattini Fileti
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spelling Caracterização de escoamentos verticais bifásicos utilizando ultrassomCharacterization of two-phase flows using ultrasoundProcessamento de sinaisEscoamento bifásicoEscoamento multifásicoUltrassomSignal processingTwo-phase flowMultiphase flowUltrasoundOrientadores: Alberto Luiz Serpa, Ana Maria Frattini FiletiTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Na indústria petrolífera, o escoamento a jusante do poço é composto de uma grande variedade de hidrocarbonetos e componentes não desejados como água, dióxido de carbono, sais, enxofre e areia. A necessidade de um medidor de vazão multifásico surge quando é necessário ou desejável medir a vazão a montante dos separadores. A técnica ultrassônica preenche muito dos requisitos para medição multifásica, principalmente por ser não intrusiva, não radioativa, robusta e relativamente barata. Neste trabalho, é proposto um sistema de medição para escoamentos bifásicos líquido-gás baseado em sinais ultrassônicos. O sistema é composto de dois transdutores ultrassônicos, operando em modo pulso/eco, dois pulsadores e um sistema para aquisição e tratamento de dados. Os dados foram coletados em uma montagem experimental para escoamentos verticais líquido-gás construída na laboratório de estudos de petróleo LABPETRO-UNICAMP. Esta montagem possui uma linha vertical de 52,5mm de diâmetro e de aproximadamente 13m de comprimento. Nesta montagem foi realizado um total de 816 medições experimentais, sendo 408 para escoamentos água-ar e 408 para escoamentos óleo-ar. A montagem foi instrumentada com medidores de pressão, temperatura e vazão para avaliar os resultados com modelos mecanicistas. Além disso, o escoamento foi filmado com uma câmera de filmagem rápida e medidas independentes da fração de vazio de gás foram realizadas com um sistema de fechamento rápido. O sistema proposto foi capaz de distinguir os padrões de escoamento pistonado, bolhas dispersas e agitante para escoamentos água-ar e óleo-ar. Ademais, para o padrão bolhas dispersas, foi possível estimar a velocidade das bolhas dispersas, a fração de vazio do escoamento e as vazões de líquido e gás. Para o padrão pistonado foi possível estimar as velocidades das bolhas alongadas e das bolhas dispersas no pistão de líquido, os comprimentos das bolhas alongadas e dos pistões de líquido, as frações de vazio das bolhas alongadas, dos pistões de líquido e das células unitárias e as vazões de líquido e gás. Os resultados encontrados estão coerentes com referências da literatura, com os resultados obtidos através da análise de imagens, do sistema de fechamento rápido e com as medições de vazões. A técnica proposta se apresenta como uma promissora ferramenta para o monitoramento e controle de linhas de escoamentos bifásicos líquido-gásAbstract: In the oil industry, downstream well flow is composed of a wide variety of hydrocarbons and unwanted components such as water, carbon dioxide, salts, sulfur, and sand. The need for a multiphase flowmeter arises when it is necessary or desirable to measure the flow upstream of the separators. The ultrasonic technique meets many of the requirements for multiphase measurement, mainly because it is non-intrusive, non-radioactive, robust and relatively cheap. In this work, a measurement system for two-phase liquid-gas flows based on ultrasonic signals is proposed. The system consists of two ultrasonic transducers operating in pulse/echo mode, two pulsers and a system for data acquisition and processing. Data were collected in an experimental setup for vertical liquid-gas flows constructed at the petroleum study laboratory LABPETRO-UNICAMP. This assembly has a vertical line of 52.5mm in diameter and approximately 13m in length. In this assembly a total of 816 experimental measurements were made, 408 for water-air flows and 408 for oil-air flows. The assembly was instrumented with pressure, temperature and flow meters to evaluate the results with mechanistic models. Also, the flow was filmed with a high-speed camera and independent measurements of the gas void fraction were performed with a quick-close system. The proposed system was able to distinguish the slug, dispersed bubbles and churn flow patterns for water-air and oil-air flows. Besides, for the dispersed bubbles, it was possible to estimate the velocity of the dispersed bubbles, the gas void fraction of the flow, and the gas and liquid volumetric flow rate. For the slug, it was possible to estimate the velocities of the elongated bubbles and the dispersed bubbles in the liquid slug, the lengths of the elongated bubbles and the liquid slugs, the void fractions of the elongated bubbles, the liquid slugs and the unit cells, and the gas and liquid volumetric flow rate. The results are consistent with literature references, as well as with the results from image analysis, the quick-closing system, and the measurements of the volumetric flow rate. The proposed technique presents itself as a promising tool for the monitoring and control of two-phase liquid-gas flow linesDoutoradoTérmica e FluídosDoutor em Engenharia MecânicaFAPESP2014/00363-9[s.n.]Serpa, Alberto Luiz, 1967-Fileti, Ana Maria Frattini, 1965-Bannwart, Antonio CarlosMazza, Ricardo AugustoSeleghim Junior, PauloHiguti, Ricardo TokioUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASFigueiredo, Maurício de Melo Freire, 1985-20202020-04-03T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (119 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639771FIGUEIREDO, Maurício de Melo Freire. Caracterização de escoamentos verticais bifásicos utilizando ultrassom. 2020. 1 recurso online (119 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1639771. 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