Estudo numérico e experimental do escoamento bifásico líquido-gás em um distribuidor

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Rodrigues, Carolina Cimarelli
• Orientador(a): Santos, Paulo Henrique Dias dos
• Banca de defesa: Moura, Luís Mauro , Marcelino Neto, Moisés Alves , Santos, Paulo Henrique Dias dos
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Escoamento bifásico; Indústria petrolífera; Gás - Distribuição; Gás - Escoamento; Modelos Matemáticos; Engenharia térmica; Two-phase flow; Petroleum, Industry and trade; Gas distribution; Gas flow; Mathematical models; Heat engineering
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4851

Na indústria petrolífera são utilizados separadores bifásicos no processo de separação das fases, entretanto esses equipamentos (GLCC, VASPS, Pazflor, entre outros) têm grandes dimensões, dificultando o seu manuseio, instalação e manutenção. A dimensão desses separadores é proporcional à vazão que escoa por eles, logo uma alternativa para reduzir a geometria seria a implementação de um distribuidor prévio capaz de distribuir de forma equitativa as vazões que chegam no separador. Desta forma, neste trabalho foi estudada a dinâmica do escoamento bifásico líquido-gás vertical ascendente em um sistema de distribuição – composto por um condicionador, uma câmara ciclônica e quatro saídas – com auxílio de testes experimentais e simulações numéricas tridimensionais e transientes. Nos testes experimentais foram utilizados sensores wire-mesh e uma câmera de alta velocidade. As simulações numéricas foram realizadas no software comercial ANSYS–CFX 19.1 utilizando o método dos volumes finitos baseados em elementos finitos para discretizar o domínio. Para a modelagem numérica foi usado o modelo de dois fluidos euleriano-euleriano não homogêneo, com o modelo de turbulência SST e o esquema compressivo para a captura da interface líquido-gás. A grade de teste foi a mesma para os experimentos e para as simulações numéricas com a velocidade superficial de líquido variando de 0,5 até 1,5 m/s e a velocidade superficial de gás variando de 0,07 até 0,92 m/s. Para esses pares de velocidades foi avaliada a eficiência do sistema distribuição em questão para os padrões de escoamento com bolhas dispersas e de transição entre bolhas dispersas e golfadas. A partir dos resultados experimentais concluiu-se que o sistema de distribuição consegue dividir o escoamento equitativamente para o padrão de bolhas, capa esférica e transição para golfadas, com desvio máximo de 2,3% e mínimo de 0,43%. O modelo numérico desenvolvido reproduziu de forma satisfatória a física e a tendência do comportamento observado experimentalmente.