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Mestrado - Higor Leandro Veiga da Silva

por dirppg-ct publicado 25/11/2019 09h12, última modificação 25/11/2019 09h12
Estudo da Dinâmica de Bolhas de Gás Isoladas em um Rotor Centrífugo
Quando
10/12/2019
de 14h00 até 17h00
(America/Sao_Paulo / UTC-200)
Onde
Auditório do NUEM - EN100
Participantes
Prof. Rigoberto Eleazar Malgarejo Morales, Dr. Orientador - UTFPR
Dr. Dalton Bertoldi, Coorientador - UTFPR
Banca Examinadora:
Prof. Rigoberto Eleazar Malgarejo Morales, Dr. Presidente - UTFPR
Geraldo Afonso Spinelli Martins Ribeiro, Dr. - PETROBRAS
Prof. Luiz Fernando de Lima Luz Junior, Dr. - UFPR
Prof. Moises Alves Marcelino Neto, Dr. - UTFPR
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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. 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 centrífuga, 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. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo analisar o escoamento de bolhas de gás isoladas no interior dos canais do rotor de uma bomba centrífuga. Para essa finalidade foi utilizada uma bancada experimental construída no laboratório do NUEM-UTFPR. A bomba instalada na bancada utiliza um rotor e uma carcaça construídos a partir de materiais transparentes, a fim de possibilitar a visualização do escoamento no interior dos canais do rotor. A parte experimental do estudo teve como propósito avaliar a velocidade, deslocamento e diâmetro das bolhas dentro do rotor. Também foi realizado um estudo numérico onde simulações monofásicas do escoamento foram feitas com o objetivo de obter os campos de velocidade e de pressão da fase líquida no interior dos canais do rotor da bomba. Utilizando os dados adquiridos dos estudos experimental e numérico, foi desenvolvido uma correlação para o coeficiente de arrasto de uma bolha de gás escoando dentro de um rotor centrífugo em diferentes condições operacionais.

Palavras-chave: bomba centrífuga, escoamento bifásico, coeficiente de arrasto.

 

Study of Isolated Gas Bubbles Dynâmics in a Centrifugal Rotor

Abstract: The submerged centrifugal pumping 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 tow-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 two-phase and to the complexity of a pump geometry, the majority of the studies related to centrifugal pumps aim on the evaluation of the overall pump performance for different operation conditions, such as the 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 two-phase flow on centrifugal pumps. Thus, the present work aims to analyze the flow of isolated gas bubbles in the centrifugal pump impeller channels. For this purpose it was used an experimental setup made in the NUEM-UTFPR laboratory. The rotor installed on the laboratory, was fabricated from a transparent polycarbonate material to allow the visualization of the flow through the impeller channels. The experimental part of the study aimed to evaluate the velocity, displacement and diameters of the bubbles flowing inside the impeller. A numerical study was also done, in which single-phase flow simulations were performed with the objective of obtaining the velocity and pressure fields of the liquid phase inside the centrifugal pump impeller channels. Using data acquire from the experimental and numerical studies, it was developed a correlation to calculate the drag coefficient of a gas bubble flowing inside a centrifugal rotor operating at different operational conditions.

Keywords: centrifugal pump, two-phase flow, drag coefficient.

 

Lista de Publicações

SILVA, H. L.; OFUCHI, E. M.; STEL, H.; MANCILLA, E.; BERTOLDI, D.; MORALES, R. E. M. Study of an Isolated Gas Bubble Dynamics in a Centrifugal Pump. 25th International Congress of Mechanical Engineering, 2019, Uberlândia