Estudo de escoamento multifásico em válvulas choke através de fluidodinâmica computacional

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Pavéglio, Rafael Rigon
• Orientador(a): Trierweiler, Jorge Otávio, Farenzena, Marcelo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Válvulas (Engenharia); Escoamento multifásico; Dinâmica dos fluidos computacional
• Palavras-chave em Inglês: Computational fluid dynamics; Choke valve; Multiphase flow
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/274131

Em uma plataforma petrolífera, estimar ou mensurar a vazão durante todo o ciclo produtivo é essencial para o controle e otimização do processo. Entretanto, a correta medição da vazão é um dos principais desafios enfrentados nessa indústria, devido principalmente aos diferentes padrões de escoamento e à complexidade do fluido, que é uma mistura multifásica composta predominantemente por óleo, gás natural, CO2 e água. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo é avaliar o uso de correlações simples de válvulas de controle, aplicadas em uma válvula choke que recebe o petróleo na plataforma (topside), para inferir a vazão. Como variáveis, foram utilizadas a queda de pressão a montante e a jusante da válvula, a abertura da válvula, a composição do fluido e o padrão de escoamento. A válvula choke foi modelada em CAD a partir de catálogos de uma válvula real e os dados de escoamento foram obtidos através de simulações em fluidodinâmica computacional (CFD) utilizando o software COMSOL Multiphysics®. As simulações foram realizadas para escoamento turbulento monofásico incompressível (água), multifásico incompressível (água e óleo) e multifásico compressível (água e ar). Para os casos multifásicos, foram utilizados escoamento homogêneo e padrão de escoamento de bolhas/gotículas dispersas. As curvas características, que relacionam a abertura da válvula com o coeficiente de vazão (Cv), foram desenvolvidas a partir dos dados obtidos através das simulações em CFD para os diferentes tipos de escoamento e apresentaram um perfil muito semelhante ao da válvula real, com Erro Absoluto Percentual Médio (MAPE) de 40,25% para os valores de Cv. As correlações para os diferentes casos de escoamento incompressível resultaram em valores de Cv muito próximos (MAPE entre 1,98% e 3,46%). A correlação para o escoamento multifásico compressível apresentou, além de um perfil muito semelhante, um MAPE de 8,71%. Devido às limitações do software de CFD, para o escoamento multifásico compressível só foi possível realizar simulações com baixas frações volumétricas de ar a montante da válvula (≈4,5%). De modo geral, as correlações empregadas são uma alternativa para inferir a vazão que passa pela válvula choke no topside de uma plataforma de petróleo, apresentando baixos erros para o coeficiente de vazão entre os escoamentos multifásicos e o monofásico.