Desenvolvimento de um método para correção de curvas de desempenho em bombas centrífugas submersas operando com fluidos viscosos

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Ofuchi, Edgar Minoru
• Orientador(a): Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
• Banca de defesa: Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo, Yanagihara, Jurandir Itizo, Junqueira, Silvio Luiz de Mello
• 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: Bombas centrífugas; Desempenho; Petróleo - Prospecção; Métodos de simulação; Engenharia mecânica; Centrifugal pumps; Performance; Petroleum - Prospecting; Simulation methods; Mechanical engineering
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/1803

A bomba centrífuga submersa (BCS) é utilizada na indústria do petróleo como uma técnica de elevação artificial. Entretanto, o bombeamento de petróleo está associado a escoamentos de óleo de diferentes viscosidades. Esta condição leva a degradação do desempenho em relação à operação com água, na qual a bomba é originalmente projetada. Neste cenário no presente trabalho é desenvolvido um estudo numérico do escoamento em três estágios de duas BCSs semi-axiais. As equações transientes da conservação da massa e do balanço da quantidade de movimento, que modelam o escoamento nas BCSs, são resolvidas numericamente utilizando o programa computacional comercial Ansys-CFX. A turbulência do escoamento foi modelada utilizando o modelo SST. Os resultados numéricos obtidos foram comparados contra dados experimentais e de catálogo mostrando uma boa concordância, para uma grande faixa de viscosidades e rotações. Grupos adimensionais (n, n, n e Re) foram usados para avaliar a degradação do desempenho das BCSs. Além disso, os fenômenos envolvidos no escoamento no interior do rotor das bombas centrífugas foram analisados através dos campos de velocidade obtidos numericamente. A partir dos resultados numéricos foi verificado que a degradação do desempenho é diretamente relacionada com o número de Reynolds de rotação, Re. Também, observou-se que a degradação do desempenho ocorre para uma rotação específica normalizada constante n, no qual bombas de diferentes geometrias apresentaram degradação do desempenho similar. Além disso, dados experimentais e os resultados numéricos obtidos foram consistentes quando comparados com a relação entre os fatores de correção para a vazão e altura de elevação propostas por Stepanoff (1967). Uma definição de número de Reynolds modificado foi proposta e relaciona o fator de correção para altura de elevação com a viscosidade. Além disso, uma correlação entre o fator de correção para altura de elevação e o número de Reynolds modificado foi proposta, apresentando boa concordância. A partir das correlações obtidas, foi proposto um método para prever o desempenho de bombas centrífugas operando com fluidos de alta viscosidade, sendo comparado com outras metodologias encontradas na literatura. Certamente, as informações extraídas são relevantes para o entendimento do escoamento de fluidos de alta viscosidade em bombas, especialmente em BCSs semi-axiais de múltiplos estágios.