Sensor duplo para perfilamento de velocidade em misturas bifásicas

• Autor(a) principal: Botton, Luís Felipe Silveira
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4903
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MEDIDAS ELETRICAS, MAGNETICAS E ELETRONICAS INSTRUMENTACAO; Detectores - Aplicações industriais; Escoamento multifásico; Mecânica dos fluidos; Medidores de fluxo; Petróleo - Transporte; Modelos matemáticos; Métodos de simulação; Detectors - Industrial applications; Multiphase flow; Fluid mechanics; Flow meters; Petroleum - Transportation; Mathematical models; Simulation methods; Engenharia Elétrica

A importância da medição de fluxo multifásica em muitas indústrias hoje é amplamente conhecida. Na indústria de petróleo, em particular, esse tipo de fluxo é encontrado nos poços, linhas de produção e risers dos reservatórios de óleo para a plataforma. O escoamento bifásico gás-líquido, um tipo especial de fluxo multifásico formado apenas pela fase líquida e gasosa, é de particular importância devido à sua recorrência e aos efeitos produzidos em vários processos e estágios da exploração de petróleo. Portanto, o conhecimento dos parâmetros desse tipo de fluxo é fundamental para o design e dimensionamento de unidades e equipamentos de produção, definição de restrições e parâmetros de eficiência, dos custos relacionados ao processo, de fatores de segurança para pessoal e equipamento. As técnicas tradicionais de medição de fluxo multifásico no ambiente industrial baseiam-se principalmente na separação dos fluxos multifásicos em suas diferentes fases. A separação de fases requer separadores volumosos, lentos e de elevado custo de fabricação. Esse método não vem atendendo satisfatoriamente às crescentes demandas nos níveis de produção de petróleo associadas às especificações mais estritas de qualidade e aos novos limites de exploração alcançados. Consequentemente, é necessário o desenvolvimento de um sensor de fluxo para medições on-line e in-line para fornecer informações sobre o status do fluxo. Para atingir esse objetivo, um sensor de fluxo capacitivo duplo chamado DIS foi usado em conjunto com uma matriz de sensibilidade à fração de fase e uma matriz de sensibilidade à velocidade espacial. Este estudo desenvolveu a matriz de sensibilidade à velocidade espacial, aplicando a abordagem do problema inverso ao mapa de sensibilidade à fração de fase de cada layer do DIS. Nesta abordagem, a sensibilidade individual de cada receptor a montante e a jusante do sensor, foi combinada pela técnica back-projection produzindo a matriz de sensibilidade à velocidade espacial. Em seguida, a metodologia proposta foi testada por meio do processamento de dados de escoamento sintético e, depois, em dados experimentais, com diferentes algoritmos de reconstrução de imagem, utilizando as matrizes de sensibilidade à velocidade e à fração de fase. Esse procedimento permitiu obter dados suficientes para avaliar o perfil de velocidade, i.e., a seção transversal da distribuição da fase gasosa e, conseqüentemente, estimar a vazão volumétrica da fase gasosa aplicando conceitos básicos da mecânica dos fluidos. Os resultados mostram que a nova técnica apresentada é viável, bem adaptável e com grande potencial. Embora tenha dependência explícita do padrão de escoamento, para alguns padrões de escoamento, o método obteve resultados com um desvio inferior a 5% em relação à referência e, em média, o desvio foi inferior a 20%.