Estudo experimental da influência da mudança de direção na evolução do escoamento bifásico gás-líquido em golfadas

• Autor(a) principal: Barros, Hedilberto Antonio Albano
• Data de Publicação: 2019
• 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/1/4730
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; Escoamento bifásico; Tubulação; Medição; Bolhas (Física) - Dinâmica; Processamento de sinais; Processamento de imagens; Two-phase flow; Piping; Measurement; Bubbles - Dynamics; Signal processing; Image processing; Engenharia Mecânica

O escoamento bifásico gás-líquido no padrão golfadas possui como característica principal a intermitência das passagens das fases líquida e gasosa e é encontrado, por exemplo, em linhas de produção e transporte de petróleo e gás. O conhecimento do comportamento do escoamento em golfadas é necessário para o correto dimensionamento de tubulações ou equipamentos que operam na presença deste padrão. Nas operações de extração de petróleo em águas profundas, é comum observar situações em que a tubulação precisa se ajustar ao relevo do leito marinho, provocando assim mudanças na direção no escoamento. Nestes termos, no presente trabalho é desenvolvido um estudo experimental do escoamento bifásico gás-líquido no padrão golfadas em dutos com leve mudança de direção, constituídos de um trecho inicial horizontal seguido de um trecho inclinado. As medidas experimentais foram realizadas no circuito experimental do NUEM-UTFPR, que é composta por uma tubulação de 35,6m de comprimento e 0,026m de diâmetro interno. O circuito experimental conta com sensores resistivos para a detecção de fases instalados em quatro (4) estações de medição e uma câmera de alta taxa de aquisição de imagens que permitem monitorar os seguintes parâmetros característicos do escoamento em golfadas: velocidade da bolha alongada, comprimentos do pistão e da bolha alongada, frequência da célula unitária e fração de vazio. Três configurações de tubulação foram utilizadas, uma completamente horizontal, uma ascendente e outra descendente com ângulos de ±3º, ±5º e ±7º com relação à direção horizontal. As medidas foram realizadas para diferentes combinações de vazões de água e ar, à temperatura ambiente e pressão atmosférica na saída, que garantam o escoamento no padrão em golfadas na primeira estação de medição. Com a posse dos dados adquiridos experimentalmente, foram analisadas as influências das mudanças de direção, ascendente e descendente, no escoamento em golfadas. Nos casos ascendentes, observaram-se aumentos da velocidade da bolha alongada e do comprimento do pistão, bem como a diminuição do comprimento da bolha, principalmente para os pontos com vazões baixas de gás e de líquido (J=1-1,5m/s), onde ocorre quebra da bolha na região do cotovelo. Em relação aos casos descendentes, foram observados o fenômeno de dissipação das golfadas que gera o escoamento estratificado, um padrão de transição entre o escoamento em golfadas e o estratificado, além do pistão de gás na região logo após o cotovelo. Foi observado que em regiões descendente a velocidade da bolha alongada e o comprimento do pistão tendem a diminuir e em contrapartida o comprimento da bolha tende a aumentar. Os efeitos observados quando há mudança de direção são provocados principalmente pelo empuxo que exerce força, ora a favor do escoamento, ora contrária, modificando os parâmetros do escoamento em golfadas.