Estudo experimental do escoamento trifásico sólido-líquido-gás em golfadas em dutos horizontais

• Autor(a) principal: Cavalli, Stella Cristina Pinto
• Data de Publicação: 2020
• 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/1/5235
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; Escoamento; Gás natural; Hidratos; Bolhas (Física) - Dinâmica; Runoff; Natural gas; Hydrates; Bubbles - Dynamics; Engenharia Mecânica

A formação e aglomeração de precipitações sólidas ao longo das linhas de produção de óleo e gás representa um dos grandes desafios da área de garantia de escoamento. Entre as precipitações que podem se formar ao longo da linha estão os hidratos, que são críticos pois podem se aglomerar rapidamente. Para contornar esse problema, uma das alternativas existentes é o uso de antiaglomerantes, que permitem que os hidratos escoem como partículas sólidas dispersas na fase líquida. Apesar desse método ser amplamente utilizado na indústria, pouco se sabe sobre como a presença dos hidratos dispersos afeta a dinâmica do escoamento em golfadas. A fim de analisar essa influência, no presente trabalho foi realizado um estudo experimental sobre o escoamento trifásico sólido-líquido-gás. Foram utilizadas partículas poliméricas, com massa específica (937 kg/m3) semelhante à dos hidratos, para simular o comportamento dessas precipitações sólidas no escoamento. Foram estudados quatro diferentes diâmetros de partículas (100 µm, 200 µm, 300 µm e 400 µm), e três concentrações volumétricas (1%; 2,5% e 5%). Os fluidos utilizados foram água e ar a temperatura ambiente e pressão atmosférica na saída da tubulação. Os parâmetros do escoamento em golfadas foram monitorados utilizando sensores resistivos desenvolvidos especialmente para o escoamento com partículas, pois são não-intrusivos. Para análises qualitativas, imagens foram obtidas através de uma câmera de alta taxa de aquisição de imagens. Através das análises, percebe-se que a distribuição das partículas ao longo da célula unitária é altamente dependente da vazão de líquido. Se a vazão de líquido é alta, as partículas se distribuem de maneira homogênea, e afetam principalmente a tensão interfacial do escoamento. Já se a vazão de líquido é baixa, as partículas tendem a se acumular na região do pistão, e por isso o escoamento se comporta de maneira mais viscosa. Esses dois efeitos explicam os resultados obtidos na análise quantitativa: para os escoamentos com maiores viscosidades aparentes há aumento da velocidade da bolha, e para os escoamentos dominados pelo aumento da tensão interfacial, a velocidade da bolha tende a diminuir. Ambos os efeitos tendem a diminuir os comprimentos de bolhas e pistões, porém alguns pontos apresentam aumentos, porque as partículas afetam o processo de formação das golfadas. A frequência é um resultado das variações na velocidade da bolha e nos comprimentos. Por fim, analisando-se a queda de pressão, percebe-se que as partículas não a alteram de maneira significativa.