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Título: Escoamento óleo-gás em equipamento submarino : influência da fração volumétrica de gás na separação de fases no módulo de bombeio
Autor(es): Buson, Davi Faria
Orientador: Martins, Márcio Ferreira
Palavras-chave: Modelo VOF (Volume of Fluid)
Módulo de Bombeio
Bombeio centrífugo submerso submarino (BCSS)
Data do documento: 27-Set-2013
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Citação: BUSON, Davi Faria. Escoamento óleo-gás em equipamento submarino: influência da fração volumétrica de gás na separação de fases no módulo de bombeio. 2013. 57 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico.
Resumo: Nas bacias marítimas de petróleo do Estado do Espírito Santo são utilizados Módulos de Bombeio que interligam os poços produtores de petróleo aos navios-plataforma flutuantes de produção. Esses módulos possuem uma geometria capsular por onde escoa o petróleo, e onde podem ocorrer diversos padrões de escoamento multifásicos. Dependendo do padrão formado a separação das fases pode ocorrer provocando anomalias (por exemplo o chamado gas locking) no funcionamento da bomba submarina. O presente trabalho tem por objetivo verificar a influência da variação da fração volumétrica de gás, presente em um mistura (óleo-gás), no fenômeno de separação dessas fases. Para tanto foram simulados dois casos. O primeiro para uma fração volumétrica de gás de 10 %, e o segundo de 40 %. A vazão mássica utilizada de óleo foi de 8 kg s-1. Todas as simulações foram realizadas em um software CFD utilizando o modelo VOF (Volume of Fluid) explicito com número de Courant de 0,25 e passo de tempo de 4 x 10-5 s. Três diferentes malhas foram avaliadas com relação à convergência e ao tamanho do elemento, sempre priorizando uma possível formação de interface nítida entre os fluidos. Para o primeiro caso, 10 % de fração de volume, não houve separação nítida das fases e sim a formação de um padrão de escoamento assimétrico, indicado pelos perfis de velocidade obtidos em várias posições e planos. A ordem de velocidade em um setor da cápsula varia de 7 m s-1 na entrada e 1,2 m s-1 a 2,5 diâmetros de comprimento. Por outro lado, para a fração de volume de 40 %, uma nítida interface é formada e gás acumulado no topo da cápsula. Neste caso, em 2,5 diâmetros de comprimento de cápsula, a porcentagem de gás acumulada em 4.2 s de tempo real é de 90 % da quantidade entrante na cápsula. Os níveis de velocidade variaram entre 9.8 m s-1 na entrada e 0.15 m s-1 a 2,5 diâmetros de comprimento. As considerações finais sugerem que simulações sejam realizadas para obtenção de tempos reais da ordem de minuto, pois a cápsula possui 50 diâmetros equivalentes de comprimento.
In the Espírito Santo State’s offshore oil Basins commonly use a Pumping Modules to interconnect the producing oil wells to FPSO unit. These modules have a capsular geometry where oil flows and where different multiphase flow patterns can exist. Depending on the flow pattern formed the phase separation can occur causing defects (e.g the so-called gas locking) in the submersible pumps. The present study aims with the investigation the influence of the gas volume fraction, in a mixture (oil/gas) , on the phases separation phenomena. For this purpose two cases were simulated . The first one, for gas volume fraction of 10 % , and the second one for 40 % . The oil mass flowrate used was 8 kg s−1 . All simulations were carried out by using a CFD software. The multiphase model chosen was the explicit VOF ( "Volume of Fluid ") with a Courant number of 0.25 and time step of 4 x 10−5 s . Three different meshs were evaluated by convergence criteria and element size , always giving priority to a possible formation of a clear interface between the fluids. For the first case 10 % volume fraction , there was no clear separation of the phases, but the formation of an asymmetrical flow pattern , indicated by velocity profiles obtained under various positions and planes. The order of speed in a sector of the capsule varies from 7 m s−1 at the entrance and 1.2 m s−1 to 2.5 diameters length. Furthermore, for volume fraction of 40 % , a clear interface is formed and gas accumulated at the top of the capsule. In this case, for a 2.5 diameters length of capsule, the percentage of gas accumulated in a interval of 4.2 s was 90 % of the quantity incoming in the capsule . Velocity were ranged from 9.8 m s −1 at the entrance and 0.15 m s−1 to 2.5 diameters length . The final considerations suggest that simulations are conducted to obtain actual times of the order of minutes , as the capsule has 50 equivalent diameters in length.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/4200
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