[pt] A produção de petróleo offshore tem requerido cada vez mais a utilização de equipamentos de bombeio no leito marinho para a produção de poços a longas distâncias das unidades de produção. A grande maioria destes equipamentos tem dificuldade de operar com a presença de gás, ainda mais em condições de golfadas, onde a fração de vazio na sucção pode variar significativamente. Isto limita enormemente a janela operacional dos equipamentos. Uma forma de minimizar os efeitos das golfadas e, assim, ampliar a janela de operação destes equipamentos é a instalação de misturadores de fluxo na sucção das bombas, que atuam de forma a garantir uma maior sobrevida ao equipamento. Portanto, o projeto e a previsão do comportamento deste tipo de equipamento são fundamentais para bom funcionamento dos sistemas de bombeamento submarino. O presente trabalho investiga numericamente, com o modelo de dois fluidos, a eficiência de um tipo de misturador em uniformizar as frações de vazio. Diferentes configurações geométricas são analisadas e a influência das vazões de admissão de ambas as fases é discutida. A metodologia é validada através da comparação da queda de pressão através do misturador com dados experimentais disponíveis, onde se observou boa concordância. O modelo numérico mostra ainda que uma reserva de líquido é mantida no interior do equipamento e, o gás é forçado a se dispersar na corrente de líquido para sair do misturador. O comportamento do misturador frente à presença de golfadas também é investigado. Ao final do trabalho é proposta uma nova geometria, que se mostra mais tolerante a intermitências no escoamento. / [en] The offshore oil production is increasingly using pumping equipment at the seabed for production of wells at long distances from production units. Most of these devices have difficulty to operate in the presence of gas, especially in slug flow conditions, where the pump suction s void fraction can vary significantly. This problem limits the equipment s range of operation. One way to minimize the effects of slugging and thus enlarge the operation range of these devices is to use flow mixers at the pump s suction, which helps to ensure the operation even in the presence of large gas bubbles. Therefore, the design and prediction of the behavior of this type of equipment are essential for proper operation of subsea pumping systems. At the present work, the efficiency of a type of flow mixer to provide uniform void fractions at its outlet is numerically investigated, with the two fluid model. Different geometric configurations are analyzed and the influence of intake flow of both phases is discussed. The methodology is validated through comparison of the pressure drop through the flow mixer with available experimental data, where good agreement was observed. The numerical model also shows that a buffer of liquid is maintained inside the equipment and the gas is forced to disperse in the liquid stream to exit the mixer. The mixer s behavior in the presence of slugs is also investigated. Finally, a new geometry is proposed, which seems to be more efficient to avoid flow s intermittencies.

[pt] O estudo do escoamento intermitente de gás e líquido é de enorme relevância. Devido a sua vasta ocorrência em diversos problemas industriais, como na indústria do petróleo, em escoamentos de água e vapor em trocadores de calor e em sistemas de refrigeração de usinas nucleares, diversos estudos experimentais e numéricos buscam obter um conhecimento mais profundo deste complexo fenômeno. Devido a esta complexidade, se fazem necessários experimentos detalhados de maneira a dar suporte aos modelos matemáticos desenvolvidos. O presente trabalho descreve um estudo experimental de um escoamento turbulento gás-líquido no regime intermitente para tubo horizontal. As técnicas de velocimetria por imagem de partícula estereoscópica de alta frequência (SPIV ) e fluorescência induzida por laser (LIF) foram usadas para medir todos os três componentes do vetor de velocidade em diferentes seções do tubo, referenciadas pelo nariz da bolha de gás. A seção de testes consistiu de uma tubulação de acrílico com diâmetro interno de 40mm e 17,7m de comprimento. Os fluidos de trabalho utilizados foram água e ar, com velocidades superficiais de jL igual 0,3 0,4 e 0,5m/s e jG igual 0,5m/s que formaram o padrão de escoamento intermitente. Um sistema de sensores fotossensíveis foi utilizado para medir a velocidade de translação da bolha de gás, além de acionar o sistema SPIV. Desta forma, foi possível determinar os campos médios das três componentes de velocidade da fase líquida do escoamento turbulento gás-líquido em regiões de interesse na vizinhança da bolha alongada. Os dados obtidos revelaram a influência das bolhas de gás de maior velocidade, na dinâmica do campo de velocidade do líquido. Tais dados contém informações valiosas que contribuem não apenas para uma melhor compreensão da física que rege o escoamento, mas também como forma de validação e aprimoramento de modelos numéricos. / [en] The analysis of gas-liquid intermittent flow in horizontal pipes is of great relevance importance due its applications in many industrial problems, such as in the petroleum industry, boiler and heat exchanger tubes and cooling systems of nuclear power plants. A considerable number of experimental and analytical studies have been carried out on the pursuit of a deeper knowledge of this complex phenomenon. The present work describes an experimental study of a horizontal, gas-liquid pipe flow in the intermittent regime. Experimental techniques such as high frequency stereoscopic particle image velocimetry (SPIV ) and laser induced fluorescence (LIF), were applied in order to obtain all three components of the velocity vector at different pipe sections, referred to the gas bubble nose tip. A 40mm inner diameter, 17.7m long acrylic pipe was used as test section (L/D approximately 450). The working fluids, water and air formed the intermittent flow pattern, with superficial velocities of jL equal 0.3, 0.4 and 0.5 m/s and jG equal 0.5 m/s. A set of three photogate sensors, equally-spaced along the pipe, were used to measure the bubble translational velocities, and to trigger the SPIV system, allowing for the determination of ensemble-averaged, threecomponent velocity fields of the turbulent liquid flow in cross-stream planes around the gas bubble. The original data obtained revealed the influence of the faster-moving gas bubbles on the dynamics of the liquid velocity field, providing valuable information that contribute to a better understanding of the physics governing the flow, also serving for the validation of numerical simulations.