SCHMIDLIN JÚNIOR, C. R. Operação do conjunto bomba centrífuga, motor de indução trifásico e conversor de freqüência visando a eficiência no uso da energia elétrica. 2006. 119 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2006. / Submitted by João silva (jpauloqxb@gmail.com) on 2016-06-08T14:38:00Z No. of bitstreams: 1 2006_dis_crschmidlinjúnior.pdf: 1842220 bytes, checksum: 6a20ad6bd1195abf59a5536f6c9d4c0c (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-07-20T18:52:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_dis_crschmidlinjúnior.pdf: 1842220 bytes, checksum: 6a20ad6bd1195abf59a5536f6c9d4c0c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-20T18:52:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_dis_crschmidlinjúnior.pdf: 1842220 bytes, checksum: 6a20ad6bd1195abf59a5536f6c9d4c0c (MD5) Previous issue date: 2006-11-03 / This work aims to experimentally quantify, in LAMOTRIZ, the reduction of the active power required by the drive of a centrifugal pump that opts for the operation according to the outflow reduction method by speed variation instead the one that uses strangulation valve. Moreover, aims to develop a mathematical model that is capable to previously determine the consumption of electric energy of a pumping system that operates according to any one of these two methods of outflow reduction. / Este trabalho visa, por meio de ensaios realizados no LAMOTRIZ, quantificar a redução da potência ativa requerida pelo elemento acionador de uma bomba centrífuga que opta pela operação segundo o método de redução de vazão via variação de velocidade ao invés do que usa válvula de estrangulamento. Ainda, objetiva desenvolver um modelo matemático que seja capaz de determinar previamente o consumo de energia elétrica de um sistema de bombeamento que opere segundo qualquer um desses dois métodos de redução de vazão.

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Marcelo Moreira Ganzarolli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-22T03:35:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Betonico_GustavodeCarvalho_M.pdf: 2382106 bytes, checksum: a84e8f76b2a2dcf28078dd9283ecef59 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um modelo para determinação da temperatura do motor de uma bomba centrífuga submersa (BCS) sob condições variáveis de vazão e carga. Este leva em consideração o comportamento acoplado entre o motor, a bomba e o sistema de produção. Assim, dada uma frequência ajustada no variador de frequência, a temperatura do motor é determinada como resultado do equilíbrio entre a produção de calor, calculada a partir da potência que a bomba demanda do motor, e a extração do calor, calculada a partir da vazão. Neste modelo, considera-se a BCS instalada num módulo de bombeamento submarino localizado perto do poço produtor. Foi estudada a transferência de calor por convecção no módulo de bombeio, onde um escoamento descendente ocorre no anular externo entre o revestimento e a camisa de refrigeração e um fluxo ascendente ocorre no anular interno entre a camisa de refrigeração e o motor. Um estudo de transferência de calor por convecção foi elaborado comparando modelos baseados no perfil de temperatura plenamente desenvolvido com modelos que consideram o desenvolvimento da camada limite térmica. Uma vez que o único ponto de medição da temperatura se localiza na extremidade inferior do enrolamento de estator, o modelo desenvolvido neste trabalho também determina a distribuição de temperatura do motor. Um estudo de caso foi realizado com diversas viscosidades de óleo e frações de água. Os resultados mostram a elevação da temperatura do motor, quando sua velocidade é continuamente aumentada. Também se mostrou que, negligenciar os efeitos do desenvolvimento da camada limite térmica, quando ocorre escoamento laminar, pode resultar num motor superaquecido, onde na verdade, a temperatura máxima do motor é muito menor do que o seu limite superior. Modelos baseados no perfil temperatura plenamente desenvolvidos sofrem de imprecisão, quando utilizados em aplicações de fluidos viscosos, devido ao grande comprimento entrada térmica / Abstract: A model to predict the motor temperature of an electrical submersible pump, under variable conditions of flow rate and loading, has been developed. This model takes into account the coupled behavior between motor, pump and production system. Thus, given a frequency set in the variable speed drive, the motor temperature is determined as a result of the equilibrium between the heat generation, calculated from the power that the pump demands from the motor, and the heat extraction, calculated from the flow rate. In this model, the electrical submersible pump is supposed to be installed in a subsea pumping module located near the producer well. It has been studied the convective heat transfer in the pumping module, where a downward flow occurs in the external annulus between the casing and the shroud, and an upward flow happens in the internal annulus between the shroud and the motor. A convective heat transfer study has been run comparing models based on fully developed temperature profile and models that consider the development of the thermal boundary layer. Since the only point of temperature measurement is located at the lower end of the stator winding, the model developed in this work also determines the temperature distribution of the motor. A case study has been run with several oil viscosities and water cut. The results show a motor temperature rise when motor speed is continuously increased. It is also showed that, when laminar flow occurs, neglecting the effect of the thermal boundary layer development may result in an overheated motor prediction where actually, motor maximum temperature is much smaller than its upper limit. Fully developed temperature profile models suffer of inaccuracy when used in viscous fluid applications, due to its big thermal entry length / Mestrado / Explotação / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T09:00:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Uebelhart_Beatriz_M.pdf: 3346622 bytes, checksum: f0a455713e558d11ecb3ef1e865148a0 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Uma Bomba de Sangue Centrífuga Implantável (BSCI) está sendo desenvolvida para ser utilizada como assistência circulatória em pacientes com doenças cardiovasculares graves (DCVs). Para algumas doenças cardíacas, a única forma de tratamento é o transplante cardíaco. Um Dispositivo de Assistência Circulatória (DAV) pode ser utilizado para manter a vida do paciente enquanto ele aguarda na fila de espera por um transplante. A BSCI consiste de um DAV e é composta de protótipo, cânulas, motor, controlador, e fonte de energia. A complexidade geométrica de seu rotor dificulta sua construção através de processos de usinagem convencionais. Ao mesmo tempo, o aperfeiçoamento e construção de novos protótipos é essencial, pois permite a realização da análise de seu funcionamento, identificação e correção de falhas. A tecnologia selecionada que permite a construção rápida de um modelo tridimensional de geometria complexa é a prototipagem rápida (PR). Neste trabalho foram utilizados três diferentes tipos de processos de PR no desenvolvimento de protótipos da BCI para realização de testes "In Vitro" e "In Vivo". Os modelos físicos foram construídos através dos processos de Sinterização Seletiva a Laser (SLS), de Modelagem por Fusão e Deposição (FDM) e Estereolitografia (SLA). Através de análises qualitativas selecionou-se um dos processos para confecção dos protótipos da BSCI. Os protótipos foram submetidos a testes "In Vitro" e experimentos "In Vivo". A tecnologia de PR selecionada foi a Estereolitografia. O resultado do teste de desempenho hidrodinâmico apresentou-se satisfatório quando comparado a estudos anteriores. O teste em simulador demonstrou uma melhora nas condições fisiológicas simuladas quando um organismo simulado é submetido a assistência da BCI. Através dos testes "In Vivo" foi possível analisar o comportamento do protótipo e estudar técnicas de implante da BCI, os resultados se apresentaram satisfatórios / Abstract: An Implantable Centrifugal Blood Pump (ICBP) is being developed to be used as circulatory assistance in patients with severe cardiovascular diseases. For certain heart diseases, the only treatment is the heart transplant. A Ventricular Assist Device (VAD) can be used to maintain the patient's life while he waits for a heart transplant. ICBP consists of a VAD and is composed of a prototype, cannulae, motor, controller and energy source. Due the complexity of spiral geometry of the impeller, ICBP prototypes construction is difficult through conventional manufacturing processes. At the same time, the improvements and construction of new prototypes is essential because allows the performance analysis, identification and correction of failures. The chosen technology that allows fast construction of 3D models with complex geometry is Rapid Prototyping (RP). In this study were used three different technologies of RP to develop new ICBP prototypes and perform "In Vitro" and "In Vivo" tests. The physical models were constructed through the processes of Selective Laser Sintering (SLS), Fused and Deposition Modeling (FDM) and Stereolithography (SLA). Through qualitative analysis, between processes, one was selected to construct the ICBP 3D models. "In Vitro" and "In Vivo" tests were performed. SLA rapid prototyping process was selected to construct ICBP models. Hydrodynamic tests results presented satisfactory when compared with previous studies. Cardiovascular Simulator test results presented an improvement in simulated physiological conditions when the organism was submitted to ICBP assistance. Through "In Vivo" tests was possible to analyze the ICBP prototype performance and study ICBP implant techniques, and the results presented satisfactory / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestra em Engenharia Mecânica

O projeto de bombas centrífugas verticais de poço úmido tem forte dependência do arranjo de cada planta. Cada situação torna-se assim um projeto particular e exige uma mútua cooperação entre os fabricantes do equipamento, responsáveis pelo projeto e testes das bombas, e os proprietários e montadores das plantas, responsáveis pela montagem e instalações das bombas verticais e respectivas tubulações no campo. Após uma ampla pesquisa bibliográfica, evidenciou-se a ausência de uma metodologia de projeto estrutural que contemple de forma integrada o projeto estrutural de todas as partes envolvidas, isto é, as bombas, as estruturas e os edifícios onde elas são instaladas. Para o desenvolvimento da dissertação, as bombas verticais foram divididas em três partes: corpo de sucção, coluna e corpo superior. Foram analisados três casos de estudo por meio de modelagem por elementos finitos. Ficou evidenciada a necessidade de uma metodologia de projeto estrutural, baseada na identificação dos problemas e das suas causas e de alternativas estruturais mais adequadas para eliminá-los ou reduzi-los. Considerando a dificuldade de testar estas bombas numa bancada de testes do fabricante, montadas de modo similar ao que trabalharão no campo e o fato de que resolver problemas destas bombas no campo é muito difícil e em certos casos até mesmo impossível, ficou evidenciado que a metodologia de projeto estrutural proposta constitui um conjunto de recomendações de grande importância nas aplicações de bombas centrífugas verticais de poço úmido. O desenvolvimento foi feito de modo geral, mas esta metodologia pode e deve ser utilizada em centrais nucleares de potência. / In the structural design of wet sump vertical centrifugal pumps, there is a strong dependence on the arrangement of each plant. Therefore, for each plant there is a particular design that requires mutual cooperation between equipment manufacturers, responsible for the design and testing of the pumps, and the plants and facilities owners and builders involved in the installation of vertical pumps and connected pipes in field. After an extensive literature search, it has been concluded that there was a lack of a structural design methodology that addresses in an integrated structural design of all parts involved, ie, pumps, structures and buildings where they are installed. To develop the dissertation, vertical pumps were divided into three parts: the suction body, column and discharge body. Three study cases were analyzed using finite element modeling. It has been clear out it is necessary a structural design methodology based on identification of problems and their causes and structural alternatives more appropriate to eliminate or reduce them. Considering the difficulty of testing these pumps in the factory test bed, assembled similarly to that in field, and the fact that to solve problems on the field is very difficult and, in some cases, even impossible, it became evident that the structural design methodology proposed is a set of recommendations of great importance in applications of wet sump vertical centrifugal pumps. The development was done in general, but this methodology can and should be used in nuclear power plants.

O projeto de bombas centrífugas verticais de poço úmido tem forte dependência do arranjo de cada planta. Cada situação torna-se assim um projeto particular e exige uma mútua cooperação entre os fabricantes do equipamento, responsáveis pelo projeto e testes das bombas, e os proprietários e montadores das plantas, responsáveis pela montagem e instalações das bombas verticais e respectivas tubulações no campo. Após uma ampla pesquisa bibliográfica, evidenciou-se a ausência de uma metodologia de projeto estrutural que contemple de forma integrada o projeto estrutural de todas as partes envolvidas, isto é, as bombas, as estruturas e os edifícios onde elas são instaladas. Para o desenvolvimento da dissertação, as bombas verticais foram divididas em três partes: corpo de sucção, coluna e corpo superior. Foram analisados três casos de estudo por meio de modelagem por elementos finitos. Ficou evidenciada a necessidade de uma metodologia de projeto estrutural, baseada na identificação dos problemas e das suas causas e de alternativas estruturais mais adequadas para eliminá-los ou reduzi-los. Considerando a dificuldade de testar estas bombas numa bancada de testes do fabricante, montadas de modo similar ao que trabalharão no campo e o fato de que resolver problemas destas bombas no campo é muito difícil e em certos casos até mesmo impossível, ficou evidenciado que a metodologia de projeto estrutural proposta constitui um conjunto de recomendações de grande importância nas aplicações de bombas centrífugas verticais de poço úmido. O desenvolvimento foi feito de modo geral, mas esta metodologia pode e deve ser utilizada em centrais nucleares de potência. / In the structural design of wet sump vertical centrifugal pumps, there is a strong dependence on the arrangement of each plant. Therefore, for each plant there is a particular design that requires mutual cooperation between equipment manufacturers, responsible for the design and testing of the pumps, and the plants and facilities owners and builders involved in the installation of vertical pumps and connected pipes in field. After an extensive literature search, it has been concluded that there was a lack of a structural design methodology that addresses in an integrated structural design of all parts involved, ie, pumps, structures and buildings where they are installed. To develop the dissertation, vertical pumps were divided into three parts: the suction body, column and discharge body. Three study cases were analyzed using finite element modeling. It has been clear out it is necessary a structural design methodology based on identification of problems and their causes and structural alternatives more appropriate to eliminate or reduce them. Considering the difficulty of testing these pumps in the factory test bed, assembled similarly to that in field, and the fact that to solve problems on the field is very difficult and, in some cases, even impossible, it became evident that the structural design methodology proposed is a set of recommendations of great importance in applications of wet sump vertical centrifugal pumps. The development was done in general, but this methodology can and should be used in nuclear power plants.

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T20:57:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CastanedaJimenez_GermanEfrain_M.pdf: 6173136 bytes, checksum: 10447f1e90575f51111560bad8f24df0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Na indústria do petróleo é comum à utilização de bombas centrífugas submersas (BCS) operando em escoamento multifásico líquido-gás. A presença de elevadas vazões de gás causam uma degradação severa no desempenho da bomba, gerando instabilidades nas curvas de pressão-vazão, como o `surging¿ e o `gas locking¿. Portanto o conhecimento destas instabilidades é fundamental para a adequada operação da bomba e assim evitar falhas prematuras no equipamento. Na atualidade não existem modelos matemáticos que representem de forma adequada o comportamento da BCS na região de `surging¿ e no `gas locking¿, gerando a necessidade de empregar circuitos de testes para fazer o levantamento das curvas de desempenho das bombas. A maioria dos circuitos de testes é operada de forma manual para obter às condições de operação da bomba, tornando os ensaios repetitivos, cansativos e trabalhosos. Por isto nasce a necessidade de automatizar estas bancadas com a finalidade de facilitar o processo do levantamento das curvas de desempenho das bombas. Este trabalho apresenta o projeto e simulação de um controle robusto tipo H_? que permita manter o escoamento multifásico na entrada de uma BCS em diferentes condições de operação da bomba. Este controlador é projetado a partir de um circuito de testes para BCS virtual que é modelado empregando formulações físicas e modelos ajustados mediante dados experimentais usando algoritmos de aprendizagem de máquinas baseados em máquinas de suporte vetorial para regressão (SVMr). Após o projeto de controle, o controlador projetado é testado no circuito de testes virtual mediante simulações em tempo real `software in the loop¿ (SIL) / Abstract: In the oil industry, it is common to use electrical submersible pumps (ESP) operating with gas -liquid multiphase flow. The presence of high gas flows cause severe degradation in performance of the pump, generating instabilities in the flow-pressure curves, as "surging" and "gas locking". Therefore knowledge of these instabilities is essential for the proper functioning of the pump and thereby prevents premature failure of the equipment. Currently there are no mathematical models that adequately represent the behavior of the EPS in the region of "surging" and "gas locking", creating the need to use test circuits to make a study of the performance curves of the pumps. Most test circuits are operated manually to reach the operating conditions of the pump, making repetitive, tedious and laborious trials. Therefore there is a need to automate these circuits in order to facilitate the process of obtaining the performance curve of the pump. In this paper the project and simulation of a robust control type H_? for keeping the multiphase flow in the entrance of a EPS operating at different conditions is performed. This controller is designed based on a test circuit virtual for EPS which is modeled using physical formulations and adjusted models obtained by experimental data using machine learning algorithms based on support vector machines for regression (SVMR). After the controller design, the control is tested in the virtual test circuits using simulations in real time "software in the loop" (SIL) / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

CAPES / A indústria petrolífera utiliza diversos tipos de bombas conforme a natureza da operação ou a fase do processamento considerada. Entretanto, devido às condições nas quais opera esse tipo de indústria, óleo e gás podem ser produzidos simultaneamente, o que constitui uma questão de escoamento bifásico. A presença de gás em canais de bombas centrífugas prejudica significativamente o seu funcionamento, degradando a capacidade de elevação. As pesquisas relacionadas ao escoamento bifásico em bombas centrífugas centram seus estudos na avaliação da influência de condições operacionais, tais como a fração de vazio, rotação do rotor e pressão de entrada, no desempenho global da bomba. Essa influência, entretanto, é condicionada ao padrão de escoamento bifásico no interior do equipamento. Nesse cenário, o presente trabalho tem como objetivo avaliar o escoamento bifásico nos canais de uma bomba centrífuga mediante o comportamento de uma bolha isolada no meio líquido em rotação. Para isso, foi construída uma bancada experimental no laboratório do NUEM. A carcaça da bomba e o rotor do primeiro estágio originais foram substituídos por outros de material transparente a fim de permitir a visualização das bolhas no interior do canal do rotor. Em particular, pretende-se seguir o movimento de bolhas isoladas nos canais do rotor, como forma de identificar seus caminhos preferenciais, para avaliar suas velocidades ponto a ponto. Além disso, foi desenvolvido um estudo numérico como forma de obter as velocidades do líquido e pressão estática ao longo do canal, utilizando as posições das bolhas obtidas experimentalmente. Um modelo algébrico utilizou os dados numéricos e experimentais para calcular o coeficiente de arrasto e a força de arrasto segundo diferentes condições operacionais. / Electrical Submersible Pump (ESP), are quite common in the oil industry. Due to the nature of the oil production operations, multiphase flow of oil, gas and other fluids are present in reservoirs, pipelines and equipment, including ESP’s. Two-phase flows inside pump diffusers and impellers decrease an ESP’s lift and efficiency. Literature presents a large number of studies about the influence of operational parameters such as void fraction, rotor speed and inlet pressure, on an ESP’s global efficiency. Nevertheless, this influence is strictly related to the two-phase flow pattern. The present study evaluates the two-phase flow inside a pump diffuser and impeller by means of a single bubble flowing through the liquid mass. An experimental apparatus was designed and built at the NUEM facilities. The original pump housing and impeller were replaced by transparent pieces so that bubbles flowing inside the pump could be visualized. The path of the bubbles were followed so as to both define preference paths and to calculate bubbles velocities. Additional CFD analyses provided liquid velocities and static pressure through the pump impeller. An algebraic model fed with numerical and experimental data evaluated the drag coefficient and the drag force according to different experimental conditions.

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T20:08:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MartinezRicardo_DianaMarcela_M.pdf: 3485991 bytes, checksum: 9bd64ce80b2e1c25ed98644d4f52fd64 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo desenvolver um processo de identificação da vazão de gás em um dos equipamentos usados na indústria petrolífera, às bombas centrífugas submersas (BCS) em regime de escoamento multifásico. Estas bombas apresentam falhas frequentes prematuras quando a vazão de gás é alta, as quais ocorrem por falta de informação do tipo de escoamento bifásico presente na bomba no tempo de operação. Por isto estudos de identificação experimental são requeridos nesta área. Neste contexto a presente pesquisa tem seu foco na obtenção de modelos mediante dados experimentais, recompilados diretamente da resposta do sistema que descrevem o comportamento da vazão de gás na planta de interesse, como: vibração, vazão, elevação entre outros. Estes modelos estão baseados na identificação não paramétrica e no algoritmo de aprendizagem de Máquina de Vetores de Suporte (SVM), onde os parâmetros ocultos da máquina de aprendizagem serão obtidos mediante algoritmos genéticos, visando obter modelos mais representativos / Abstract: This work develops a process to identify the flow of gas in one of the equipment used in the oil industry, the electric submersible pump (EPS) under multiphase flow. These pumps feature frequent premature failures when the gas flow is high. That occurs due to lack of information on the type of two ¿ phase flow in the pump in operation time. Experimental studies for this identification are required in this area. In this context, the present research focuses on obtaining models by experimental data collected directly from the system response which describes the behavior of the gas flow on the system of interest such as: vibration, fluid, elevation etc. These models are based on nonparametric identification and in learning algorithm support vector machine (SVM), where the hidden parameters of the learning machine will be obtained by genetic algorithms in order to obtain more representative models / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestra em Engenharia Mecânica

Orientador: Janito Vaqueiro Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T00:41:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Foresti_BernardoPereira_M.pdf: 7267999 bytes, checksum: 1a200bffc0e39d2a529a64080b7ddad0 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho buscou-se desenvolver uma metodologia que se valendo de dados de vibração estrutural de carcaça e da operação de uma bomba do bombeio centrífugo submerso (BCS) fosse capaz de identificar parâmetros da operação deste tipo de máquina, tais como: vazão mássica de líquido e gás, diferença de pressão, eficiência e potência mecânica. Para isso foram adaptados os seguintes métodos de diagnóstico de falhas: Método Baseado na Densidade Espectral de Potência, Método Baseado na Função Resposta em Frequência, Método Baseado na Medida de Coerência, Métodos Baseados nos Parâmetros do Modelo (Geométrico e Não-geométrico), Métodos Baseados nos Resíduos do Modelo (Baseado na Variância e Auto-covariância dos Resíduos) e Método Baseado em Modelos Funcionais. Tais métodos requerem a organização de um banco de dados, na fase de levantamento de referências utilizado para comparação com dados obtidos na fase de inspeção, visando à detecção, identificação e estimação da magnitude das falhas e defeitos, conceitos adaptados para o problema apresentado neste trabalho. A metodologia foi aplicada a dois casos: o primeiro, numérico, baseado em dados obtidos da simulação de um sistema de três graus de liberdade foi utilizado para operacionalização da metodologia e antecipação de problemas e dificuldades em sua aplicação. O segundo, experimental, principal foco deste trabalho, baseado em uma bomba utilizada no bombeio centrífugo submerso. Para aplicação da metodologia ao caso experimental, foi elaborado experimento utilizando uma bomba do BCS de quatro estágios instrumentada operando com escoamento bifásico ar-água em diferentes proporções. Resultados indicaram bom desempenho na detecção do tipo de escoamento (monofásico/bifásico), na identificação da vazão mássica de gás escoado e na estimação da vazão de líquido transportado pelo BCS / Abstract: In this research a method using structural vibration and operational data of a pump module normally used with and electrical submersible pump (ESP) has been developed to identify operational parameters, such as: liquid and gas flow rate, differential pressure, efficiency and shaft power. To this end, the following time-series fault detection and identification (FDI) methods were adapted: Power Spectral Density-based Method, Frequency Response Function-based Method, Coherence Measure-based Method, Parameter-based Method (Geometric and Non-geometric), Residual-based Methods (Residual Variance and Residual Uncorrelatedness) and Functional Model-based Method. For FDI, the methods require the set-up of a data base, in the baseline phase used for comparison with data obtained during inspection. The methodology was applied for two cases: A numerical problem based on a three degrees of freedom system, aiming at making functional the programs used and anticipating problematic issues and experimental data from a real ESP pump module, main focus of this work. The experiment consists of measuring structural vibration, and operational data of an ESP pump while varying liquid and gas flow rates keeping shaft speed and suction pressure constant. Results have indicated successful detection of flow type (monophasic/biphasic), identification of the gas flow and estimation of the liquid flow pumped by the ESP pump / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Instituto de Geociências / Made available in DSpace on 2018-08-26T04:52:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Biazussi_JorgeLuiz_D.pdf: 11756361 bytes, checksum: e163630c268ec8b0c1e2a20bc1bdebc9 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A bomba centrífuga submersa (BCS) é uma bomba de múltiplos estágios que tem recebido muita atenção nos últimos anos, devido à sua importância para a elevação artificial de petróleo em altas vazões. Como uma parte do sistema de Elevação Artificial, a BCS é geralmente instalada no interior do poço, a fim de aumentar a vazão ou até mesmo viabilizar a produção. A presença de gás livre no fluido na entrada da bomba provoca uma diminuição do ganho de pressão fornecido pela BCS e pode conduzir a instabilidades na curva de ganho de pressão versus vazão. O objetivo deste trabalho é desenvolver e avaliar o desempenho de um modelo de deslizamento para representar o ganho de pressão em uma ampla faixa de vazão de líquido de uma BCS. Para este propósito foram realizados testes experimentais em laboratório para três BCS diferentes que operam com misturas ar - água. Especificamente, o ganho de pressão e a potência de eixo foram medidos em diferentes vazões de líquido, de gás, de pressões de entrada e rotação. Os resultados dos testes de água monofásicos foram interpretados por ajuste dos dados com um modelo de correlação genérico para o ganho de pressão e potência, tentando descrever todos os fenômenos físicos envolvidos no escoamento nos canais rotativos. Os resultados dos testes bifásicos foram discutidos em termos dos efeitos da fração de vazio, da pressão de admissão, da velocidade de rotação e da geometria da bomba. Um modelo de deslizamento para escoamento em bolhas foi proposto para representar o ganho de pressão e também foi utilizado para expressar a potência de eixo. Os dois parâmetros envolvidos no modelo, ou seja, C0 e kb?, foram ajustados aos dados e mostrou a capacidade desta abordagem em capturar as principais tendências das curvas experimentais. O parâmetro de distribuição C0 foi, em todos os casos, significativamente menor do que um, confirmando os resultados de outros autores, em escoamento bifásico descendente em tubos. Além disso, este resultado indica que os perfis de velocidade e de distribuição de fase são distorcidos pelo campo centrífugo e de Coriolis. O parâmetro kb? foi significativo apenas para a bomba radial de menor vazão, o que confirma a ideia de que para altas vazões de líquido, as bolhas de gás são dispersadas através do líquido e o deslizamento torna-se insignificante / Abstract: The Electrical Submersible Pump (ESP) is a multiple stage pump which has been receiving a lot of attention in recent years in due to its importance for the Artificial Lift of petroleum at high flow rates. As a part of the AL system, the ESP is often installed inside the well in order to either viabilize the production or increase its flow rate. The presence of free gas within the fluid entering the pump causes a decrease in the head provided by the ESP and may lead to instabilities in the head-capacity curve. The aim of this work is to develop and evaluate the performance of a drift flux model to represent the head in the entire liquid flow rate range of an ESP. For this purpose, experimental performance tests to determine the characteristic curves were performed in laboratory for three different ESPs operating with water and water-air mixtures. Specifically, the head and brakehorsepower were measured at different flow liquid and gas flow rates, inlet pressures and rotation speeds. The results from the single-phase water tests were interpreted by fitting generic correlation models for the head and power to the data, trying to describe all basic phenomena involved in the rotating channel flow. The results from the two-phase runs were discussed in terms of the effects of the mixture composition, intake pressure, rotation speed and pump geometry. A drift flux model for bubbly flow was proposed to represent the head and also used to express the power. The two parameters involved in the model, namely C0 and kb? , were fitted to the data and showed good capability of this approach to capture the main trends of the experimental curves. The distribution parameter C0 was in all cases significantly lower than one, confirming the findings by other authors in two-phase downward pipe flow. Also, this result indicates that the velocity and phase distribution profiles are distorted by both the centripetal and Coriolis fields. The drift parameter kb? was significant for the smallest capacity radial pump only, confirming the idea that at sufficiently high liquid flow rates, the gas bubbles are dispersed through the liquid and drift becomes negligible / Doutorado / Explotação / Doutor em Ciências e Engenharia de Petróleo