Escoamento óleo-gás em equipamento submarino: influência da fração volumétrica de gás na separação de fases no módulo de bombeio

dc.contributor.advisor1Martins, Márcio Ferreira
dc.contributor.authorBuson, Davi Faria
dc.contributor.referee1Cunha, Fábio Alfaia da
dc.contributor.referee2Silva, Wellington Betencurte da
dc.date.accessioned2016-08-29T15:33:03Z
dc.date.available2016-07-11
dc.date.available2016-08-29T15:33:03Z
dc.date.issued2013-09-27
dc.description.abstractIn 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.eng
dc.description.resumoNas 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.
dc.formatText
dc.identifier.citationBUSON, 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, Vitória, 2013.
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/4200
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectMultiphaseeng
dc.subjectModule pumpingeng
dc.subjectSubsea equipmenteng
dc.subjectModelo VOF (Volume of Fluid)por
dc.subjectMódulo de Bombeiopor
dc.subjectBombeio centrífugo submerso submarino (BCSS)por
dc.subjectEquipamento submarinopor
dc.subject.br-rjbnEscoamento multifásico
dc.subject.br-rjbnBombas centrífugas
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.subject.udc621
dc.titleEscoamento óleo-gás em equipamento submarino: influência da fração volumétrica de gás na separação de fases no módulo de bombeio
dc.typemasterThesis

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