Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4903| Título: | Sensor duplo para perfilamento de velocidade em misturas bifásicas |
| Título(s) alternativo(s): | Twin direct-imaging sensor for flow velocity profiling in two-phase mixtures |
| Autor(es): | Botton, Luís Felipe Silveira |
| Orientador(es): | Silva, Marco Jose da |
| Palavras-chave: | Detectores - Aplicações industriais Escoamento multifásico Mecânica dos fluidos Medidores de fluxo Petróleo - Transporte Modelos matemáticos Métodos de simulação Detectors - Industrial applications Multiphase flow Fluid mechanics Flow meters Petroleum - Transportation Mathematical models Simulation methods |
| Data do documento: | 10-Out-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | BOTTON, Luís Felipe Silveira. Twin direct-imaging sensor for flow velocity profiling in two-phase mixtures. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019. |
| Resumo: | A importância da medição de fluxo multifásica em muitas indústrias hoje é amplamente conhecida. Na indústria de petróleo, em particular, esse tipo de fluxo é encontrado nos poços, linhas de produção e risers dos reservatórios de óleo para a plataforma. O escoamento bifásico gás-líquido, um tipo especial de fluxo multifásico formado apenas pela fase líquida e gasosa, é de particular importância devido à sua recorrência e aos efeitos produzidos em vários processos e estágios da exploração de petróleo. Portanto, o conhecimento dos parâmetros desse tipo de fluxo é fundamental para o design e dimensionamento de unidades e equipamentos de produção, definição de restrições e parâmetros de eficiência, dos custos relacionados ao processo, de fatores de segurança para pessoal e equipamento. As técnicas tradicionais de medição de fluxo multifásico no ambiente industrial baseiam-se principalmente na separação dos fluxos multifásicos em suas diferentes fases. A separação de fases requer separadores volumosos, lentos e de elevado custo de fabricação. Esse método não vem atendendo satisfatoriamente às crescentes demandas nos níveis de produção de petróleo associadas às especificações mais estritas de qualidade e aos novos limites de exploração alcançados. Consequentemente, é necessário o desenvolvimento de um sensor de fluxo para medições on-line e in-line para fornecer informações sobre o status do fluxo. Para atingir esse objetivo, um sensor de fluxo capacitivo duplo chamado DIS foi usado em conjunto com uma matriz de sensibilidade à fração de fase e uma matriz de sensibilidade à velocidade espacial. Este estudo desenvolveu a matriz de sensibilidade à velocidade espacial, aplicando a abordagem do problema inverso ao mapa de sensibilidade à fração de fase de cada layer do DIS. Nesta abordagem, a sensibilidade individual de cada receptor a montante e a jusante do sensor, foi combinada pela técnica back-projection produzindo a matriz de sensibilidade à velocidade espacial. Em seguida, a metodologia proposta foi testada por meio do processamento de dados de escoamento sintético e, depois, em dados experimentais, com diferentes algoritmos de reconstrução de imagem, utilizando as matrizes de sensibilidade à velocidade e à fração de fase. Esse procedimento permitiu obter dados suficientes para avaliar o perfil de velocidade, i.e., a seção transversal da distribuição da fase gasosa e, conseqüentemente, estimar a vazão volumétrica da fase gasosa aplicando conceitos básicos da mecânica dos fluidos. Os resultados mostram que a nova técnica apresentada é viável, bem adaptável e com grande potencial. Embora tenha dependência explícita do padrão de escoamento, para alguns padrões de escoamento, o método obteve resultados com um desvio inferior a 5% em relação à referência e, em média, o desvio foi inferior a 20%. |
| Abstract: | The importance of multiphase flow measurement in many industries today is widely known. In the oil industry in particular, this type of flow is found within wells, flow lines and risers from the oil reservoir to the platform. Two-phase liquid-gas flow, a special type of multiphase flow formed by only liquid and gas phase, is of particular importance because of its recurrence and the effects produced in various processes and stages in oil exploration. Therefore, knowledge of flow parameters is fundamental for the design and sizing of production units and equipment, definition of constraints and efficiency parameters, process-related costs, safety factors for personnel and equipment. Traditional multiphase flow measurement techniques in the industrial environment are mainly based on the separation of multiphase flows into their different phases. Phase separation requires bulky, slow and expensive separators. This method has not satisfactorily met the increasing demands on oil production levels associated with stricter quality specifications and new exploration boundaries reached. Consequently, the development of a flow sensor for online and inline measurements is required to provide flow status information. To achieve this goal, a twin capacitive flow sensor called DIS was used in conjunction with a phase fraction sensitivity matrix and a spatial velocity sensitivity matrix. This study developed the spatial velocity sensitivity matrix by applying the inverse problem approach to the phase fraction sensitivity map of each DIS layer. In this strategy, the individual sensitivity of each upstream and downstream receiver was combined by the back-projection technique producing the spatial velocity sensitivity matrix. Then, the proposed technique was tested by processing synthetic data and experimental flow data with image reconstruction algorithms using the velocity sensitivity and original phase fraction matrices. This procedure allowed obtaining sufficient data to evaluate the velocity profile, the cross section of the gas phase distribution and, consequently, to estimate the gas phase volumetric flow rate by applying simple fluid mechanics equation. The results show that the new technique presented is viable, well adaptable and has great potential. Although it has explicit flow pattern dependence, for some flow conditions the method can achieve results with a deviation of less than 5% and, on average, gas flow is within 20% uncertainty. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4903 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| velocityprofilingtwophase.pdf | 2,07 MB | Adobe PDF |  Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.