Estudo da dinâmica de bolhas de gás isoladas em um rotor centrífugo

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Silva, Higor Leandro Veiga da
• Orientador(a): Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
• Banca de defesa: Ribeiro, Geraldo Afonso Spinelli Martins , Luz Junior, Luiz Fernando de Lima , Marcelino Neto, Moisés Alves , Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
• 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; Escoamento bifásico; Arrasto (Aerodinâmica); Bolhas (Física) - Dinâmica; Modelos matemáticos; Centrifugal pumps; Two-phase flow; Drag (Aerodynamics); Bubbles - Dynamics; Mathematical models
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4790

O bombeio centrífugo submerso, através da utilização de bombas centrífugas, é atualmente, uma das técnicas de elevação artificial mais utilizadas pela indústria de petróleo. Porém, devido à presença de gás em alguns reservatórios de petróleo, as bombas podem operar com escoamento bifásico de líquido-gás. Neste caso, a presença de gás nos canais do rotor da bomba pode causar uma degradação do seu desempenho, diminuindo sua capacidade de elevação, já que bombas centrífugas são projetadas para operar com escoamento monofásico. Devido à presença do escoamento bifásico e à complexidade da geometria de uma bomba, a maioria dos estudos relacionados a bombas centrífugas destina-se à avaliação do desempenho global da bomba para diferentes condições operacionais, como fração de gás, velocidade de rotação do rotor e pressão de sucção. Ainda, devido às elevadas velocidades de rotação do rotor, existem poucos estudos sobre visualização do escoamento bifásico em bombas centrífugas. Neste cenário, no presente trabalho é desenvolvido um estudo, numérico e experimental, do escoamento de bolhas de gás isoladas no interior dos canais do rotor de uma bomba centrífuga. A avaliação experimental do escoamento foi realizada utilizando uma bancada experimental construída no NUEM-UTFPR. A bancada é feita a partir de um policarbonato transparente que permite a visualização do escoamento no interior dos canais do rotor centrífugo. Uma câmera acoplada ao eixo do rotor é utilizada para adquirir imagens do escoamento em um referencial rotativo. A partir das imagens adquiridas pela câmera, foi avaliada a velocidade, deslocamento e diâmetro das bolhas dentro do rotor, para diferentes condições de operação (vazão, velocidade de rotação e diâmetros das bolhas). Como o estudo é concentrado na avaliação de bolhas isoladas, onde se considera que não existe a interferência das bolhas no escoamento, foi realizada uma simulação numérica do escoamento monofásico, para as mesmas condições de vazão da fase liquida testadas experimentalmente, utilizando o programa comercial ANSYS CFX, com o objetivo de obter detalhes dos campos de velocidade e de pressão da fase líquida no interior dos canais do rotor da bomba. A partir dos dados, numéricos e experimentais, foi desenvolvida uma correlação para o coeficiente de arrasto de uma bolha de gás escoando dentro de um rotor centrífugo em diferentes condições operacionais.