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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Estudo experimental do escoamento bifásico líquido-líquido disperso no interior de impelidores de bombas centrífugas
Title Alternative: Experimental study of dispersed liquid-liquid two-phase flow within impellers of centrifugal pumps
Author: Perissinotto, Rodolfo Marcilli, 1991-
Advisor: Castro, Marcelo Souza de, 1986-
Abstract: Resumo: A Bomba Centrífuga Submersa (BCS) é um importante método de elevação artificial utilizado na produção de petróleo. A BCS consiste em uma bomba com múltiplos estágios, que fornece energia ao petróleo para elevá-lo até as instalações de produção. Infelizmente, algumas condições operacionais dificultam a utilização de BCSs. O funcionamento com gás e fluidos viscosos pode provocar a degradação do desempenho da bomba. Um exemplo de fluido com elevada viscosidade é a emulsão, uma mistura de água com óleo. O objetivo geral deste trabalho é estudar escoamentos bifásicos líquido-líquido no interior de BCSs, identificar os padrões de escoamento e investigar o movimento de gotas de óleo e gotas de água. Para isso, utilizou-se uma bancada experimental com um protótipo de BCS projetado para viabilizar a visualização do escoamento no interior dos canais do rotor. A montagem experimental foi modificada a fim de possibilitar a injeção de um líquido disperso em um meio líquido contínuo. Experimentos foram realizados em diferentes rotações e vazões, com escoamentos óleo-em-água e água-em-óleo. Uma câmera de alta velocidade capturou fotografias que indicaram a ocorrência de um único padrão de escoamento nas condições testadas, chamado de "gotas dispersas". Resultados qualitativos e quantitativos revelaram as características e o comportamento das gotas, no que diz respeito a geometria, diâmetro, trajetória, velocidade, aceleração e forças. Em geral, as gotas apresentam formatos variados e irregulares, mas muitas possuem formas esférica ou elíptica; observa-se a quebra de gotas, porém nenhuma coalescência nos canais do impelidor; as gotas executam trajetórias aleatórias, mas muitas movem-se no centro dos canais, enquanto algumas permanecem nas proximidades das pás; o tamanho das gotas é inversamente proporcional à rotação da bomba e à vazão da fase contínua; a velocidade das gotas depende da sua posição no canal e das condições do escoamento; o mesmo ocorre com a aceleração, consequência das forças de arrasto e de pressão, somadas aos efeitos centrífugos, todos responsáveis por governar o movimento das gotas. Nas condições testadas neste trabalho, foram encontradas velocidades na ordem de unidades de metros por segundo, acelerações que chegam a centenas de metros por segundo ao quadrado e forças em torno de milésimos de Newton

Abstract: The Electrical Submersible Pump (ESP) is an important artificial lift method used in oil production. The ESP consists of a multi-stage pump, which supplies energy to the oil to lift it to the production facilities. Unfortunately, some operating conditions make it difficult to use ESPs. Operation with gas and viscous fluids can cause degradation of pump performance. An example of high viscosity fluid is the emulsion, a mixture of water and oil. The general objective of this work is to study two-phase liquid-liquid flows within ESPs, to identify flow patterns and to investigate the movement of oil droplets and water droplets. For this, an experimental facility was used with an ESP prototype designed to allow flow visualization in the impeller channels. The experimental setup was modified in order to support the injection of a dispersed liquid into a main continuous liquid. Experiments were performed at different rotational speeds and flow rates, with oil-in-water and water-in-oil flows. A high-speed camera captured photographs that indicated the occurrence of a single flow pattern in the experiments performed in this work, called "dispersed droplets." Qualitative and quantitative results revealed the characteristics and behavior of the droplets, with respect to geometry, diameter, trajectory, velocity, acceleration and forces. In general, the droplets have varied and irregular shapes, but many have spherical or elliptical forms; breakage of droplets is observed, but no coalescence within the impeller channels is noticed; the drops perform random trajectories, but many move in the center of the channels, while some remain near the blades; the droplet size is inversely proportional to the pump rotation and the main liquid flow rate; the velocity of the droplet depends on its position in the channel and the flow conditions; the same happens with the acceleration, consequence of drag and pressure forces, added to centrifugal effects, responsible for governing the movement of the particles. Under the flow conditions tested, velocities in the order of units of meters per second were found, as well as accelerations that reach hundreds of meters per squared second and forces around thousandths of Newton
Subject: Bomba centrífuga
Bomba centrífuga submersa
Escoamento bifásico
Escoamento multifásico
Petróleo
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: PERISSINOTTO, Rodolfo Marcilli. Estudo experimental do escoamento bifásico líquido-líquido disperso no interior de impelidores de bombas centrífugas. 2018. 1 recurso online (168 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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