Análise numérica do escoamento água-óleo em um separador gravitacional horizontal

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Weller, Daniel Rodrigues
• Orientador(a): Santos, Paulo Henrique Dias dos
• Banca de defesa: Silva, Fabricio Soares da , 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: Flotação; Escoamento multifásico; Simulação (Computadores); Modelos matemáticos; Medidores de fluxo; Partição de fases; Flotation; Multiphase flow; Computer simulation; Mathematical models; Flow meters; Phase partition
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30025

Em um reservatório típico de petróleo, encontram-se óleo, gás natural e água. Essa mistura é transferida para uma planta de processamento primário, que consiste em um conjunto de equipamentos com a finalidade de separar as fases. Geralmente, o separador gravitacional é o primeiro e maior equipamento de processamento em uma planta de processamento primário. Após a separação inicial realizada pelo separador gravitacional, a água oleosa precisa ser tratada para atender às demandas ambientais, ou operacional se for utilizada como insumo em outra atividade produtiva. O tratamento da água oleosa geralmente é realizado por hidrociclones e um sistema de flotação, que visa retirar as gotas de óleo dispersas na água. Os separadores gravitacionais são equipamentos de grandes dimensões, o que muitas vezes se torna um fator crítico para sua instalação nos espaços reduzidos das plataformas de produção de petróleo. O objetivo geral do presente trabalho é verificar ganhos em eficiência com a injeção de bolhas em um separador gravitacional através de um estudo numérico, visando melhorar a qualidade da água produzida. As simulações foram realizadas utilizando a abordagem multifásica EulerianaLagrangiana, com o modelo de turbulência SST disponível no ANSYS CFX R1 2021. A grade de testes numérica foi baseada nos dados experimentais disponíveis para a validação deste estudo. A vazão de água na entrada variou de 200 a 450 ml/s, e a vazão de óleo na entrada variou de 25 a 50 ml/s formando um total de 6 pontos numéricos. As distribuições dos diâmetros de gotas foram implementadas de duas formas, pelo modelo de distribuição de Rosin-Rammler e pela distribuição discreta de diâmetros. A validação deste estudo foi baseada na estimativa do diâmetro de corte das gotas de óleo na saída de água, onde o erro mínimo e máximo foram de 0% e 58% em relação aos dados experimentais. Os resultados encontrados mostraram que quanto maior a vazão de água na entrada, maior o diâmetro de corte das gotas de óleo na saída de água, conforme esperado. A injeção de bolhas no separador gravitacional reduziu em até 22% o diâmetro de corte das gotas de óleo na saída de água e aumentou a eficiência na separação das fases em até 1%. Concluiu-se então, que a injeção de bolhas pode ser benéfica para a separação de fases, principalmente em vazões mais altas.