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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4790| Título: | Estudo da dinâmica de bolhas de gás isoladas em um rotor centrífugo |
| Autor(es): | Silva, Higor Leandro Veiga da |
| Orientador(es): | Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo |
| Palavras-chave: | Bombas centrífugas Escoamento bifásico Arrasto (Aerodinâmica) Bolhas (Física) - Dinâmica Modelos matemáticos Centrifugal pumps Two-phase flow Drag (Aerodynamics) Bubbles - Dynamics Mathematical models |
| Data do documento: | 10-Dez-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | SILVA, Higor Leandro Veiga da. Estudo da dinâmica de bolhas de gás isoladas em um rotor centrífugo. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. |
| Resumo: | O bombeio centrífugo submerso, através da utilização de bombas centrífugas, é atualmente, uma das técnicas de elevação artificial mais utilizadas pela indústria de petróleo. Porém, devido à presença de gás em alguns reservatórios de petróleo, as bombas podem operar com escoamento bifásico de líquido-gás. Neste caso, a presença de gás nos canais do rotor da bomba pode causar uma degradação do seu desempenho, diminuindo sua capacidade de elevação, já que bombas centrífugas são projetadas para operar com escoamento monofásico. Devido à presença do escoamento bifásico e à complexidade da geometria de uma bomba, a maioria dos estudos relacionados a bombas centrífugas destina-se à avaliação do desempenho global da bomba para diferentes condições operacionais, como fração de gás, velocidade de rotação do rotor e pressão de sucção. Ainda, devido às elevadas velocidades de rotação do rotor, existem poucos estudos sobre visualização do escoamento bifásico em bombas centrífugas. Neste cenário, no presente trabalho é desenvolvido um estudo, numérico e experimental, do escoamento de bolhas de gás isoladas no interior dos canais do rotor de uma bomba centrífuga. A avaliação experimental do escoamento foi realizada utilizando uma bancada experimental construída no NUEM-UTFPR. A bancada é feita a partir de um policarbonato transparente que permite a visualização do escoamento no interior dos canais do rotor centrífugo. Uma câmera acoplada ao eixo do rotor é utilizada para adquirir imagens do escoamento em um referencial rotativo. A partir das imagens adquiridas pela câmera, foi avaliada a velocidade, deslocamento e diâmetro das bolhas dentro do rotor, para diferentes condições de operação (vazão, velocidade de rotação e diâmetros das bolhas). Como o estudo é concentrado na avaliação de bolhas isoladas, onde se considera que não existe a interferência das bolhas no escoamento, foi realizada uma simulação numérica do escoamento monofásico, para as mesmas condições de vazão da fase liquida testadas experimentalmente, utilizando o programa comercial ANSYS CFX, com o objetivo de obter detalhes dos campos de velocidade e de pressão da fase líquida no interior dos canais do rotor da bomba. A partir dos dados, numéricos e experimentais, foi desenvolvida uma correlação para o coeficiente de arrasto de uma bolha de gás escoando dentro de um rotor centrífugo em diferentes condições operacionais. |
| Abstract: | Electrical submersible pump using centrifugal pumps is currently one of the most commonly used artificial lifting techniques in the oil industry. However due to the presence of gas in some oil reservoirs, pumps can operate with two-phase flow. In this case, the presence of gas in the pump impeller channels may cause performance degradation, reducing its lift capacity, as centrifugal pumps are design to operate with single-phase flow. Due to the presence of the twophase flow and to the complexity of a pump geometry, the majority of the studies related to centrifugal pumps aims on the evaluation of the overall pump performance for different operational conditions, such as varying gas fraction, rotor rotating speed and pump intake pressure. Also due to the high rotating speeds, there are only a few studies on the visualization of the two-phase flow in centrifugal pumps. This scenario, in the present work a numerical and experimental study on the flow of isolated gas bubbles in the centrifugal pump impeller channels is develop. The experimental evaluation of the flow was performed using an experimental setup built at the NUEM-UTFPR. The bench is fabricated with a transparent polycarbonate material that allows the visualization of the flow through the impeller channels. A camera attached to the rotor shaft is used to acquire images of the flow in a rotary frame of reference. From the images acquired by the camera, the velocity, displacement and bubble diameters were measured for different operational conditions (liquid flow rate, rotating speeds and bubble diameter). As this study concentrates on the observation of isolated bubbles, it can be considerate that the gas phase does not interfere with the liquid phase, só a single phase flow simulation of the flow was performed using the ANSYS CFX software. , for the purpose of obtaining details of the velocity and pressure fields of the liquid phase in the pump’s impeller channels. From the numerical and experimental data acquired, a correlation for the drag coefficient of a gas bubble flowing inside a centrifugal rotor under different operational conditions was developed. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4790 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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