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Mestrado - Stella Cristina Pinto Cavalli

por dirppg-ct publicado 09/06/2020 10h36, última modificação 09/06/2020 10h36
Estudo Experimental do Escoamento Trifásico Sólido-Líquido-Gás em Golfadas em Dutos Horizontais
Quando
03/07/2020
de 14h30 até 17h30
(America/Sao_Paulo / UTC-300)
Onde
Via videoconferência
Pessoa de contato
Prof. Rigoberto E. M. Morales, Dr.
Participantes
Orientador(a): Prof. Rigoberto E. M. Morales, Dr. - UTFPR
Coorientador(a): Prof. Moisés Alves Marcelino Neto, Dr. - UTFPR
Banca Examinadora:
Presidente: Prof. Rigoberto E. M. Morales, Dr. - UTFPR
Prof. Marcelo Souza de Castro, Dr. - FEM/UNICAMP
Prof. Paulo Henrique Dias dos Santos, Dr. - UTFPR
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Resumo: A formação e aglomeração de compostos sólidos ao longo das linhas de produção de óleo e gás representa um dos grandes desafios da área de garantia de escoamento. Entre os compostos sólidos que podem se formar ao longo da linha há os hidratos, que são críticos pois cristalizam e se aglomeram rapidamente. Para contornar esse problema, uma das alternativas existentes é o uso de antiaglomerantes, que permitem que os hidratos escoem como partículas sólidas dispersas na fase líquida. Apesar desse método ser amplamente utilizado na indústria, pouco se sabe sobre como a presença dos hidratos afeta a dinâmica do escoamento em golfadas. A fim de analisar essa influência, no presente trabalho foi realizado um estudo experimental sobre o escoamento trifásico sólido-líquido-gás. Foram utilizadas partículas plásticas, com massa específica (937 kg/m3) semelhante à dos hidratos, para simular o comportamento desses compostos sólidos no escoamento. Foram estudados quatro diferentes diâmetros de partículas (100 µm, 200 µm, 300 µm e 400 µm), e três concentrações volumétricas (1%; 2,5% e 5%). Os parâmetros do escoamento em golfadas foram monitorados através de sensores resistivos desenvolvidos especialmente para o escoamento com partículas, pois são não-intrusivos. Para análises qualitativas, imagens foram obtidas através de uma câmera de alta taxa de aquisição de imagens. Através das análises, percebe-se que a distribuição das partículas ao longo da célula unitária é altamente dependente da vazão de líquido. Se a vazão de líquido é alta, as partículas se distribuem de maneira homogênea, e afetam principalmente a tensão interfacial do escoamento. Já se a vazão de líquido é baixa, as partículas tendem a se acumular na região do pistão, tornando-o mais concentrado, e por isso o escoamento se comporta de maneira mais viscosa. Esses dois efeitos explicam os resultados obtidos na análise quantitativa: para os escoamentos com características mais viscosas há aumento da velocidade da bolha, e para os escoamentos dominados pelo aumento da tensão interfacial, a velocidade da bolha tende a diminuir. Ambos os efeitos tendem a diminuir os comprimentos de bolhas e pistões, porém alguns pontos apresentam aumentos, porque as partículas afetam o processo de formação das golfadas. A frequência é um resultado das variações na velocidade da bolha e nos comprimentos. Por fim, analisando-se a queda de pressão, percebe-se que as partículas não a alteram de maneira significativa.
Palavras-chave: Escoamento em golfadas, Hidratos, Escoamento com partículas

Experimental Study of Horizontal Three-Phase Solid-Liquid-Gas Slug Flow
Abstract: The formation and agglomeration of solid compounds along the oil and gas production lines represents one of the hardest challenges in the flow assurance area. Among the solid compounds that can be formed along the line, there are hydrates, whose fast crystallization and agglomeration process are critical, causing the flow reduction, the pressure drop increase and eventually pipelines obstruction. In order to prevent these problems, one of the alternatives is the usage of anti-agglomerants, which allow the hydrates to flow as solid particles dispersed in the liquid phase. Despite the method is widely used in the industry, not much is known about how the presence of hydrates affects the slug flow dynamics. In order to study this influence, in the present work an experimental study was carried out on the three-phase solid-liquid-gas slug flow. Plastic particles, with density (937 kg/m3) similar to hydrates, were used to simulate the behavior of these solid compounds in the flow. Four different particle diameters (100 µm, 200 µm, 300 µm and 400 µm) and three volumetric concentrations (1%, 2.5% and 5%) were studied. The slug flow parameters, such as elongated bubble velocity, bubble and slug lengths and frequency, were monitored with non-intrusive resistive sensors specially designed for the flow with particles. For qualitative analysis, images were obtained using a high-speed camera, and it is possible to notice that the particles distribution along the unit cell is highly dependent on the liquid flow rate. When the liquid flow rate is high, the particles are distributed homogeneously, and they mainly affect the interfacial tension of the flow. On the other hand, when the liquid flow is low, the particles tend to accumulate in the slug region, increasing its concentration, and causing the flow to behave more viscously. These two effects explain the results obtained in the quantitative analysis: for flows with more viscous characteristics, there is an increase of the elongated bubble velocity, and for flows dominated by increase of interfacial tension, the elongated bubble velocity tends to decrease. Both effects tend to decrease the lengths of bubbles and slugs, however for some points they increase, because the particles affect the slug formation process. The frequency is a result of variations in the bubble velocity and lengths. Finally, it is possible to notice that particles do not affect the pressure drop in a significant way.
Keywords: Slug flow, Hydrates, Flow with particles


Lista de publicações: ALVES, R. F.; CAVALLI, S.; BASSANI, C. L.; ROSAS, L. M. M.; MARCELINO NETO, M. A.; SUM, A. K. W.; MORALES, R.E.M. Experiments on Horizontal Three-Phase Solid-Liquid-Gas Slug Flow. In: 10th International Conference on Multiphase Flow, 2019, Rio de Janeiro - RJ. Proceedings of the ICMF 2019, 2019.

Obs: Esta defesa será realizada exclusivamente através de videoconferência, caso tenha interesse em acompanhar, entre em contato com o orientador com pelo menos 24 horas de antecedência da data de realização.