Levantamento de dados e modelagem da separação de gás em um separador gravitacional do tipo shroud invertido

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Lugo, Pedro José Miranda
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: bubble diameter; bubbles swarm; diâmetro de bolha; dissipação de energia cinética turbulenta; efficiency of separation; eficiência de separação; enxame de bolhas; gas-liquid separator; gravitational separator; inverted-shroud; plunging jet; separador gás-líquido; separador gravitacional; Shroud invertido; turbulent kinetic energy dissipation
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-29102019-155931/

Para reduzir a quantidade de gás na sucção da bomba, separadores gás-líquido são empregados a montante do sistema de bombeamento, destacam-se os separadores centrífugos, helicoidais e gravitacionais. Estudos desenvolvidos em um separador gravitacional do tipo Shroud-Invertido (IS) indicam que é possível alcançar a separação total de gás, i.e., eficiências maiores que 97%. Um modelo semi-analítico do separador em posição inclinada foi desenvolvido para prever a região de separação total. Contudo, resultados experimentais sugerem que o modelo superestima a fronteira dessa região e não incorpora adequadamente os efeitos da dissipação de energia cinética turbulenta no interior do separador. Neste trabalho se avaliou experimentalmente a eficiência de separação de gás em um separador-IS, tanto em posição inclinada quanto na vertical. Além disso, estudou-se a distribuição estatística do diâmetro das bolhas produzidas pelo choque entre um líquido escoando em superfície livre descendente e uma interface gás-líquido em uma região anular. Técnicas visuais foram utilizadas no intuito de estudar os fenômenos de entranhamento de ar, quebra de bolhas e dissipação de energia cinética turbulenta no interior do separador. Os resultados mostraram maiores eficiências de separação de gás para o separador IS na posição β = 45º, seguido pelo separador na vertical e inclinado β = 15º, respetivamente. Mapas adimensionais de eficiência de separação foram levantados para as três posições testadas. Para o separador inclinado, foi desenvolvida uma expressão para determinar o comprimento de dissipação de energia cinética turbulenta, a qual ajustou o modelo semi-analítico para prever o comprimento mínimo do nível anular interno que garante a separação total de gás e o diâmetro de bolha no interior do separador. A correlação proposta apresentou resultados satisfatórios para todas as condições experimentais testadas neste trabalho. No caso do separador na vertical, foi proposta uma correlação empírica que prevê a eficiência de separação de gás, uma vez conhecida a vazão de líquido e o diferencial de pressão dado entre as pressões do casing/revestimento e da atmosfera. Ainda, esta correlação fornece as condições operacionais ótimas dada uma eficiência de separação específica e, acredita-se que possui fundamentos teóricos e potencial de servir para o escalonamento do Shroud-Invertido em condições de campo com óleos de baixa viscosidade.