Development and application of wire-mesh sensors for high-speed multiphase flow imaging - Santos, Eduardo Nunes dos (2015)
Escoamentos multifásicos estão presentes não somente em diversos processos da natureza, mas também são muito comuns em diversas atividades industriais, como na exploração, produção e transporte de petróleo e gás. Na produção de petróleo, a mistura multifásica de gás, petróleo e água é frequentemente encontrada fluindo através de colunas e risers de produção. Nos últimos anos muito progresso no desenvolvimento e aplicação de técnicas de medição em escoamentos multifásicos foi realizado cujo intuito é quantificar com exatidão, prever e/ou controlar o fluxo de misturas multifásicas. Em especial técnicas de imageamento do escoamento multifásico estão em foco atualmente. Sensores de malha de eletrodos (wire-mesh sensors) são dispositivos que produzem imagens da distribuição das fases na seção transversal de uma tubulação com alta resolução espacial e temporal. Em estudos anteriores a utilização desse sensor é explorada em diversas aplicações em escoamentos bifásicos (predominantemente do tipo gás-líquido). O princípio de funcionamento do sensor é baseado na medição de uma única propriedade elétrica (condutividade ou permissividade) da mistura multifásica. Portanto, o objetivo deste trabalho é a aplicação da técnica wire-mesh para visualização de escoamentos multifásicos em alta velocidade para condições de escoamentos diferentes daquelas utilizados até o momento, bem como prover a técnica com melhorias, adicionando a capacidade de operar em dupla modalidade (medição simultânea condutiva/capacitiva). Assim, novos algoritmos e rotinas de processamento de dados para a investigação de escoamentos gás-líquido e sólido-líquido (suspensão) foram desenvolvidos e testados. A fim de continuar com o aprimoramento da técnica xiii de medição, uma nova eletrônica capaz de medir simultaneamente a permissividade e condutividade através da medição (vetorial) de amplitude e fase é introduzido. Além disso, um algoritmo baseado em um modelo da permissividade elétrica complexa realiza a fusão dos dados de condutividade e permissividade gerados pela técnica desenvolvida. Assim, esta fusão permite obter distribuições individuais das frações de fase de misturas de óleo-água-gás. A principal contribuição deste trabalho no campo de medição e investigação de escoamentos multifásicos é, por conseguinte, o desenvolvimento e aplicação soluções em software e processamento de dados para extração de parâmetros do fluxo multifasico a partir de dados do sensor wire-mesh, bem como a melhoria no sistema de medição com adoção de medidas vetoriais. Desta forma, a gama de aplicação do sensor wire-mesh é ampliada, permitindo a investigação de escoamentos gás-líquido e gás-sólido, assim como escoamentos trifásicos gás-líquido-líquido através de visualização em alta velocidade da distribuição de fases em escoamentos.