[pt] O presente trabalho analisa experimentalmente o escoamento estratificado gás-líquido (ar-água) em um duto de seção retangular. Obteve-se uma correlação empírica para a tensão de cisalhamento na interface. Verifica-se que tal tensão, além de ser função dos números de Reynolds de ambos os escoamentos, depende também de características inerentes à fase líquida. Um perfil teórico de velocidade do gás foi comparado com os dados experimentais obtidos por anemometria para a região logarítmica. Foi realizada uma análise de incertezas, que mostrou uma elevada confiabilidade nos resultados obtidos. / [en] Experiments were carried out to analyse a gás-liquid (air-water) stratified flow through a retangular duct. An empirical correlation was ontained for the shear stress at the interface. Such shear stress, that depends on the Reynolds numbers of both flows, is also a function of liquid specific parameters. A theoretical gas velocity profile was compared with experimental data using a hot-wire anemometry with good results in the logaritimic region. The uncertainly abalysis shows that this correlation presents a very low degree of uncertainly.

[pt] Ao longo deste trabalho, diversas características importantes para a dinâmica do escoamento intermitente foram analisadas experimentalmente. Todos os testes foram realizados numa tubulação com 0,0508 m de diâmetro interno, em configuração horizontal, utilizando água e ar e abrangendo uma região onde o escoamento passa por uma complexa transição do regime de bolha alongada, caracterizado por longas bolhas de gás localizadas próximo ao topo da tubulação, para o regime golfada, caracterizado por uma intensa quantidade de bolhas dispersas de gás e bolhas alongadas com formatos distorcidos e frentes mais distantes do topo da tubulação. Nesta região verifica-se uma notável carência de técnicas experimentais capazes de extrair informações quantitativas dos fenômenos característicos desses regimes. Através de um sistema de interruptores de feixe de infravermelho, o comportamento estatístico dos comprimentos dos pistões de líquido, das frequências de passagem dos pistões e do comprimento da bolha alongada puderam ser investigados. Uma extensa comparação dos dados com trabalhos disponíveis na literatura foi realizada, validando os resultados experimentais obtidos. Em conjunto, foi utilizada a técnica óptica, não intrusiva, conhecida como técnica de sombra (shadow technique), combinada com uma câmera digital de alta taxa de aquisição de imagens. Um procedimento inovador de processamento das imagens foi desenvolvido, permitindo a extração de informações quantitativas de regimes complexos com intensa quantidade de bolhas dispersas. Resultados importantes como o abaixamento do nariz da bolha como uma função da competição entre as forças de gravidade e de inércia puderam ser verificados e confirmados quantitativamente pela primeira vez. / [en] The present work experimentally studied several relevant dynamic characteristics of gas-liquid intermittent flow through a horizontal pipe. All tests were performed in a test section formed by 50.8 mm internal diameter pipe using air and water as working fluids. The tests covered a region where the flow undergoes a complex transition from elongated bubble flow regime, characterized by long gas bubbles located near the top of the pipe, to the slug flow regime, characterized by a large amount of dispersed gas bubbles in the liquid slug and elongated bubbles with distorted shapes and fronts displaced from the top of the pipe. In this region there is a notable lack of experimental techniques capable of extracting quantitative information of the characteristic dynamic phenomena involved. A set of infrared optical switches was employed to obtain statistical information on liquid piston lengths and frequency, as well as the elongated bubble lengths. An extensive comparison of the data obtained with works available in the literature was performed, validating the experimental results and the technique employed. Also, a high frame rate camera with back illumination was employed to capture images of the nose and tail of gas bubbles. An innovative procedure for image processing was developed, allowing for the extraction of original quantitative information on the complex shapes of the bubble and its relationship with flow variables. Relevant information such as the lowering of the bubble nose as a result of competing gravitational and inertial forces could be verified and confirmed quantitatively seemingly for the first time.

[pt] Absorção é um processo no qual os componentes de uma corrente gasosa são separados através do uso de um solvente líquido. O processo pode ser simplesmente físico ou seguido por uma reação química. Na indústria, um processo de absorção importante é a remoção de dióxido de carbono (CO2), usando uma solução aquosa de monoethanolamina (MEA), dos gases de combustão expelidos pelas plantas alimentadas por combustíveis fosseis tais como: as usinas de geração de energia, a indústria farmacêutica, a indústria de petróleo, etc. Os projetos desenvolvidos por grandes corporações usualmente são cercados de sigilo, e as companhias evitam a divulgação de suas soluções tecnológicas. Além disso, no Brasil pouco tem-se publicado a respeito. Neste trabalho, apresenta-se um modelo simples que simula a absorção de CO2 em solução aquosa de MEA. O modelo envolve as equações de conservação de massa, quantidade de movimento e energia, podendo predizer o comportamento geral do processo de absorção. Os resultados das simulações da absorção de CO2 em contracorrente com uma coluna de filme líquido foram comparados com dados experimentais disponíveis apresentando uma boa concordância. / [en] Absorption is a process where the components of a gaseous stream are separated through the use of a liquid solvent. The process may be simply physical or be followed by a chemical reaction. In industry, one of the most important absorption processes is the removal of carbon dioxide (CO2), by using an aqueous solution of monoethanolamine (MEA), from flue gases exhausted by fossil-fuel-fired power plants, the pharmaceutical industry, the petroleum industry, etc. The projects developed by large companies usually are surrounded by secrecy and the companies avoid dissemination of their technological solutions. In addition, there is almost nothing published in Brazil about this subject. In this work, we present a simple model that simulates the absorption of CO2 by a MEA based aqueous solution. The model involves the equations for the conservation of mass, momentum, and energy, and may predict the general behavior of the absorption process. Results for the simulation of the absorption of CO2 in a countercurrent liquid film contactor were compared with available experimental data, presenting good agreement.

[pt] Na indústria do petróleo, a passagem de pigs em dutos tem sido largamente aplicada com diferentes propósitos: limpeza do tubo, inspeção, remoção de líquido e separação de produtos, entre outros. A eficiência e segurança de uma operação com pig demandam que diversos parâmetros operacionais, tais como pressões máximas e mínimas no duto e velocidade de movimentação do pig, sejam bem avaliados durante a etapa de planejamento e mantidos dentro de determinados limites durante o acompanhamento da operação. Tendo como objetivo a obtenção de uma ferramenta eficiente para ajudar no controle e projeto das operações de passagem de pigs, desenvolveu-se um código numérico baseado no método de diferenças finitas para a simulação de escoamentos transientes de dois fluidos, podendo estes ser líquido-líquido, gás-gás ou líquido-gás. Módulos para controle automático das variáveis do processo foram incluídos, visando à previsão do escoamento mediante diferentes estratégias para alcançar uma operação eficiente. Problemas teste foram realizados, validando a metodologia. Por fim, os resultados obtidos com o simulador são comparados com um caso real de esvaziamento de um trecho do oleoduto OSPAR, pertencente à Petrobras, com 30`` de diâmetro e extensão de 60 km. / [en] In the oil industry, pigging operations in pipelines have been largely applied for different purposes: pipe cleaning, inspection, liquid removal and product separation, among others. Pigging operations to be efficient and safe require a number of operational parameters, such as maximum and minimum pressures in the pipeline and pig velocity, to be well evaluated during planning stage and maintained within stipulated limits while the operation accomplishment. With the objective of providing an efficient tool to assist in the controlling and designing of pig operations through pipelines, a numerical code based on a finite difference scheme for a two-fluid transient flow simulation was developed. The model accounts for liquid-liquid, gas-gas and liquid-gas products in the pipeline. Automatic control modules for some process variables were included to permit the flow prediction by means of different strategies to reach an efficient operation. Test problems were performed to validate the methodology. At last, simulation results were compared with an actual liquid displacement operation at a 60 km segment of the 30`` diameter OSPAR pipeline, owned by Petrobras.