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Título: Desenvolvimento de um modelo numérico para a simulação da formação de hidratos em paredes de tubulações
Título(s) alternativo(s): Development of a numerical model for simulating the formation of hydrates in pipe walls
Autor(es): Dextre, Gino Noel Delgado
Orientador(es): Santos, Paulo Henrique Dias dos
Palavras-chave: Métodos de simulação
Hidratos
Modelos matemáticos
Massa - Transferência
Calor - Transmissão
Cinética química
Engenharia mecânica
Simulation methods
Hydrates
Mathematical models
Mass transfer
Heat - Transmission
Chemical kinetics
Mechanical engineering
Data do documento: 24-Nov-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: DEXTRE, Gino Noel Delgado. Desenvolvimento de um modelo numérico para a simulação da formação de hidratos em paredes de tubulações. 2017. 110 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: Ao longo dos anos a formação dos hidratos têm sido um desafio constante para a indústria do óleo e gás, que tem buscado entender os processos envolvidos na formação hidratos através do desenvolvimento de modelos semi-empíricos para predizer o crescimento do hidrato. Esses modelos consideram que o fenômeno é regido pela transferência de calor e de massa e cinética química, mas o fato de não se ter um modelo que relacione esses três efeitos representa uma limitação no entendimento do processo do crescimento do hidrato para sistemas com substâncias em diferentes estados e/ou composições. Portanto, no presente trabalho é proposto um modelo matemático para predizer a taxa de crescimento do hidrato considerando uma relação entre a transferência de calor e de massa e cinética química. Além disso, uma nova abordagem é considerada ao incluir a porosidade do hidrato mediante uma estratégia matemática-numérica implementada no software ANSYS/FLUENT. Os efeitos devido ao crescimento do hidrato são considerados pela taxa de crescimento que é acoplada aos termos fontes das equações constitutivas do problema. É importante salientar que a taxa de formação do hidrato e a equação de conservação da massa do hidrato são implementados via funções definidas pelo usuário (User Defined Functions). O modelo proposto foi validado com os resultados experimentais da formação de hidratos de THF diluído na relação estequiométrica de 1:17 numa célula estática cilíndrica. Pretende-se que este modelo matemático sirva de base teórica para modelos futuros para a predição da formação e crescimento de hidratos nas linhas de transporte de óleo e gás.
Abstract: Over the years, the formation of hydrates has been a constant challenge for the oil and gas industry. It has been sought to understand the different processes involved on hydrates formation, in that way, the development of semi-empirical models has been carried out. These models consider that main phenomenon is governed both heat and mass transfer and chemical kinetics. However, the lack of a model that relates these three effects represents a limitation in the understanding of the process of hydrate growth, mainly for systems where substances are in different states and / or compositions. Therefore, in the present work a mathematical model to predict the hydrate growth rate considering the relations between heat and mass transfer and chemical kinetics is proposed. In addition, a new approach is considered, in which is including hydrate porosity through a mathematical-numerical strategy implemented in the ANSYS / FLUENT software. The effects due to hydrate growth are considered by a growth rate coupled to the source terms of the constitutive equations of the problem. It is important to mention that the hydrate formation rate and the hydrate mass conservation equation were implemented via user defined functions (User Defined Functions). The proposed model was validated by comparing with the experimental results of THF hydrate formation diluted in a stoichiometric ratio of 1:17 in a cylindrical static cell. It is intended that the mathematical model proposed serves as a theoretical basis for future models for predicting formation and growth of hydrates in oil and gas transport pipes.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3122
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