Horizontal air-water two-phase slug flow: eulerian and lagrangian data analysis - Chiarello, Conrado (2020)
Escoamentos multifásicos são fenômenos recorrentes tanto em ambientes naturais – como nas erupções vulcânicas e no escoamento de sangue pelas veias – quanto nos ambientes industriais – como nas indústrias nuclear e petrolífera. O conhecimento sobre a hidrodinâmica do escoamento, assim como sua evolução ao longo da tubulação, é essencial para o correto dimensionamento de linhas de produção, equipamentos (como bombas e slug catchers) e para formular estratégias para otimizar a extração de óleo dos reservatórios. Um padrão de escoamento frequentemente reportado nas linhas de produção de petróleo é o padrão em golfadas, motivo pelo qual o presente estudo se concentra em sua investigação. Para a análise do escoamento, uma nova metodologia é proposta e aplicada aos dados extraídos nas dependências experimentais do Núcleo de Estudos Multifásicos (NUEM). O circuito experimental tem 35,6 m de comprimento e 26 mm de diâmetro interno e foi operado sob 18 diferentes condições experimentais de golfadas e monitorado ao longo de 5 diferentes estações de medição compostas por um par de sensores resistivos e distribuídas ao longo da tubulação. Os dados foram analisados usando um ponto de referência Euleriano, através do qual se encontram distribuições estatísticas para cada parâmetro em cada estação de medição para cada ponto experimental, e um ponto de referência Lagrangeano, que segue células unitárias ao longo da tubulação para avaliar as mudanças nos parâmetros hidrodinâmicos de estruturas individuais. Correlações são propostas baseadas nos resultados observados para a média e o desvio padrão dos parâmetros. Ainda, é feita a comparação com trabalhos na literatura de maneira a testar as correlações propostas, assim como propor correções às existentes. Ademais, detalhes do escoamento são investigados usando a metodologia proposta, que é capaz de fornecer informações adicionais pertinentes sobre o comportamento do escoamento – como a natureza intrinsicamente transiente do escoamento em golfadas, demonstrado pelas variações dos comprimentos dos pistões de líquido, cujo valor médio não varia significativamente, mas que é produto de variações abruptas positivas e negativas nos pistões individuais. Além disso, é demonstrado que a expansão do gás é um fenômeno diretivo em pontos de alta aeração, mas se torna menos pronunciado em escoamentos de baixa aeração – como o plug flow. Por fim, o comportamento das variáveis hidrodinâmicas ao longo da tubulação e os fenômenos associados a ele são profundamente investigados – fornecendo informações úteis para futura modelagem.