Análise experimental e numérica da evolução dos parâmetros do escoamento bifásico gás-líquido em golfadas em uma tubulação horizontal

• Autor(a) principal: Rodrigues, Rômulo Luis de Paiva
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• 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/1/5203
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS; Escoamento bifásico; Bolhas (Física) - Dinâmica; Engenharia do petróleo; Tubulação; Hidrodinâmica; Two-phase flow; Bubbles - Dynamics; Petroleum engineering; Piping; Hydrodynamics; Engenharia Mecânica

O escoamento bifásico no padrão golfadas, caracterizado pela alternância das fases líquida e gasosa, é encontrado majoritariamente em linhas de produção e transporte de petróleo e gás. A hidrodinâmica do escoamento em golfadas é importante para o dimensionamento de equipamentos industriais que lidam com este padrão de escoamento. O objetivo então foi analisar, experimentalmente e numericamente, a evolução do escoamento em golfadas de água e ar, em uma tubulação horizontal de 25,8 mm de diâmetro interno e 37,9 m de comprimento, no aparato experimental disponível no NUEM/UTFPR. Para a identificação e monitoramento dos principais parâmetros do escoamento foram utilizados cinco sensores resistivos posicionados ao longo da tubulação. Os experimentos foram conduzidos para diferentes combinações de vazão de água e ar para obter, após o processamento dos sinais, a velocidade de translação da bolha alongada, a frequência da célula unitária, os comprimentos do pistão de líquido e da bolha alongada, a fração de vazio na célula unitária e a queda de pressão. Simulações numéricas também foram realizadas, utilizando o modelo de seguimento de pistões desenvolvido no NUEM/UTFPR. As presenças do efeito de esteira, assim como das singularidades do modelo numérico foram avaliadas. Essas simulações possibilitaram comparações com os dados experimentais, e esforços foram concentrados na identificação de tendências e comportamentos em função de parâmetros adimensionais, velocidades superficiais dos fluidos e do diâmetro da tubulação. Os resultados, numéricos e experimentais, foram analisados utilizando funções densidade de probabilidade (PDF) tipo kernel, para discutir os comportamentos de seu formato em termos dos momentos estatísticos de terceira e quarta ordem (assimetria e curtose). Métodos de aderência (máxima verossimilhança e Kolmogorov-Smirnov) possibilitaram fazer inferências acerca do tipo de distribuição e também comparar os resultados numéricos e experimentais.