Modelagem mecanicista do início do fenômeno de surging em bombas centrífugas operando com escoamento bifásico líquido-gás

• Autor(a) principal: Alata Quispe, Cesar Manuel
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/31241
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Bombas centrífugas; Gás - Escoamento; Escoamento bifásico; Petróleo; Reservatórios subterrâneos - Petróleo; Fluidodinâmica computacional; Mecânica dos fluidos; Modelagem; Centrifugal pumps; Gas flow; Two-phase flow; Petroleum; Underground reservoirs - Petroleum; Computational fluid dynamics; Fluid mechanics; Modelyng; Engenharia Mecânica

Na indústria de petróleo, a utilização de Bombeamento Centrífugo Submerso (BCSs) destaca-se como uma das técnicas mais usadas em elevação artificial. Entretanto, os reservatórios contêm quantidades significativas de gás livre e em solução, dando origem ao escoamento bifásico líquido-gás nas linhas de produção. Assim, para o uso das BCSs, deve-se considerar a presença da fase gasosa no escoamento. Dependendo das condições operacionais, as BCSs podem estar sujeitas a um acúmulo significativo de gás nos canais dos rotores, diminuindo a área de escoamento da fase líquida e gerando uma queda significativa no desempenho, fenômeno este que é conhecido como surging. A ocorrência de surging afeta significativamente a produção e a vida útil da bomba. Com este cenário em mente, desenvolveu-se um modelo mecanicista para prever o ponto de início do fenômeno de surging em bombas centrífugas operando com escoamento de líquido-gás, e que é o objeto do presente trabalho. A modelagem foi desenvolvida a partir de um equilíbrio de forças sobre uma bolha de gás no canal do rotor, onde ocorre o fenômeno de surging. As relações de fechamento, necessárias para o modelo matemático, foram baseadas em modelos teóricos e com a mínima dependência de correlações empíricas, sendo corrigidas e validadas a partir de dados experimentais existentes no NUEM e na literatura. Foi avaliada a sensibilidade do modelo ao coeficiente de arrasto e à velocidade relativa, parâmetros esses relevantes no modelo, bem como diferentes condições operacionais que incluem vazões das fases, velocidade de rotação e propriedades dos fluidos. Espera-se que o modelo matemático possa prever melhor a janela de operação estável de BCSs na presença do escoamento líquido-gás, fora do ponto de início do fenômeno de surging. Esta contribuição, entre outras, pode orientar melhor os engenheiros da área de elevação artificial e auxiliar no entendimento do fenômeno de surging como um todo.