Internal combustion engines developments are driven by emissions reduction and energetic efficiency increase. To reach the next standards, downsized/downspeeded engines are required to reduce fuel consumption and CO2 emissions. These techniques place an important demand on the charging system and force the introduction of multistage boosting architectures. With many possible arrangements and large number of parameter to optimize, these architectures present higher complexity than current systems. The objective of this thesis has thus been to investigate the potential of two-stage boosting architectures to establish, for the particular case of passenger car downsized/downspeeded Diesel engines, the most efficient solutions for achieving the forthcoming CO2 emissions targets. To respond to this objective, an exhaustive literature review of all existing solutions has first been performed to determinate the most promising two-stage boosting architectures. Then, a new matching methodology has been defined to optimize the architectures with, on the one hand the development of a new turbine characteristic maps representation allowing straight forward matching calculations and, on the other hand, the development of a complete 0D engine model able to predict, within a reduced computational time, the behavior of any boosting architecture in both steady state and transient operating conditions. Finally, a large parametric study has been carried out to analyze and compare the different architectures on the same base engines, to characterize the impacts of thermo-mechanical limits and turbocharger size on engine performance, and to quantify for different engine development options their potential improvements in term of fuel consumption, maximum power and fun to drive. As main contributions, the thesis provides new modeling tools for efficient matching calculations and synthesizes the main trends in advanced boosting systems to guide future passenger car Diesel engine develop / Varnier ., ON. (2012). Trends and Limits of Two-Stage Boosting Systems for Automotive Diesel Engines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16880 / Palancia

[pt] Um sistema de produção e escoamento de petróleo, quando equipado com manifold submarino, viabiliza a produção conjunta de poços de diferentes capacidades de produção. O equilíbrio conseguido na produção desses poços se faz à custa do estrangulamento (choking) dos poços de mais alta capacidade de produção, de forma a propiciar um equilíbrio com aqueles de mais baixa capacidade de produção. Naturalmente as vazões atingidas nessa forma sinérgica são menores do que aquelas que seriam atingidas com a produção em separado desses poços mas, tais menores vazões são economicamente mais atraentes devido às economias atingidas nos custos de investimento (e.g., redução do comprimento total de linhas de produção e do número de risers) e das esperadas e normalmente ocorrentes reduções de custo operacional nesses sistemas. Entretanto, a partir da disponibilidade da tecnologia de bombeamento multifásico submarino, na qual se torna possível diretamente transferir energia à misturas multifásicas (óleo, gás e água) em produção, viabiliza-se o estabelecimento de um novo e mais atraente tipo de equilíbrio nesses sistemas. Tal novo equilíbrio, possível pelo uso de sistemas de bombeamento multifásico instalados em manifold submarinos de produção, deve propiciar níveis de produção governados inclusive pelos limites impostos pela engenharia de reservatórios e não mais tão somente pelas características físicas dos sistemas (seções de escoamento, distâncias, lâminas d`água, propriedades dos fluidos etc.). A esta forma inédita de obtenção de um novo e mais alto patamar de equilíbrio da produção, a literatura vem utilizando a denominação Estrangulamento Positivo (Positive Choking). Assim, baseados no aumento das vazões de produção - antecipação de produção - e no potencial aumento dos fatores de recuperação - maiores volumes produzidos - acredita-se ser tal técnica economicamente atraente quando aplicada em sistemas de produção ainda em implementação, ou mesmo, na implantação da mesma em sistemas já instalados. O propósito desta tese é o de contribuir na análise técnica e econômica da inédita aplicação de um sistema de bombeamento multifásico submarino num sistema de produção equipado com manifold. / [en] A subsea oil production system allows simultaneous production of several wells with different flow rates when the system has a subsea manifold. In order to balance the different flow rates, the higher production wells have their flow rates reduced via a choking system. As a result, the total flow is lower than the summmation of all individual well flow rates. But, this combined and lower production has a very attractive economics, as it requires lower capital expenditures, mainly due to the shorter overall length of flowlines and lower number of risers and, also due to the expected lower operational costs. Nowadays, however, with the availabity of the technology of subsea multiphase pumping system, which enables the transfer of energy to multiphase mixtures (oil, gas and water) under production, becomes possible to achieve an even higher and more attractive plateau in these petroleum production systems. This new equilibrium plateau, made possible by the technology of subsea multiphase pumping, will lead to production levels that will attempt to take benefit of all reservoir allowance and then extending the primary production limit imposed by the production system characteris tics (e.g., flowline length, water depth, produced fluid properties etc.). This novel scheme that allows obtaining a now and higher production level is being called in the literature as Positive Choking. Therefore, based on the resultant aspects of production flow rate increase - production anticipation - and on the potentially higher recovery factors - larger produced volumes - is what drives the belief that such technology can be economically attractive to new production systems being installed or even in those already in operation. The purpose of this work is to contribute in the technical and economical evaluation of Multiphase Pumping System application on a subsea production system equipped with a manifold.

[pt] O petróleo tem importância inegável nos tempos atuais. Junto com outros combustíveis fósseis, representa uma considerável parcela da matriz energética da sociedade. Porém esta é uma fonte de energia não renovável. Por isso a medida que o petróleo é produzido em regiões de fácil acesso, sua fonte vai se esgotando e criando a necessidade de se explorar em regiões cada vez mais inóspitas. Diante deste cenário o processamento submarino na produção de óleo e gás tem grande relevância ao permitir a produção de petróleo em regiões onde não seria possível a produção sem esta opção. O objetivo deste trabalho é comparar 2 sistemas de processamento submarino, um com bomba multifásica e outro com separador submarino, visando identificar as oportunidades de aplicação para cada sistema e o estado da arte atual de cada tecnologia. O grande salto do processamento submarino será um futuro de produção sem o uso de plataformas. Cenário este que já se observa nos dias de hoje em alguns campos de gás. O campo de gás foi o primeiro a apresentar a possibilidade de produção sem o uso de plataforma por possuir energia suficiente para escoar por distâncias maiores sem necessidade de incremento artificial de pressão. Porém com o avanço da tecnologia da bomba e dos separadores submarinos, o futuro indica a aplicação deste processo também em campos de óleo. Este trabalho disponibiliza uma ferramenta simplificada para análise de escoamento multifásico de fácil acesso que permite o cálculo sem a necessidade de softwares avançados e de difícil acesso. Apesar de ser uma ferramenta simplificada é de grande utilidade para cálculos rápidos sem necessidade de detalhamento. / [en] Oil has undeniable importance in modern times. Along with other fossil fuels, represents a considerable portion of the energy matrix of society. However this is non-renewable energy source. As the oil is been produced in areas of easy access, its source is being exhausting and creating the need to explore in inhospitable regions. Looking to this scenario subsea processing of oil and gas has great importance to allow oil production in regions where the production would not be possible without this option. The objective of this study is to compare two subsea processing systems, one with a multiphase pump and other with a separator and a monophase pump, identify opportunities of each system and the current state of the art of each technology. The leap of subsea processing will be a future of production systems without the use of platforms. This scenario already being felt today in some gas fields. The gas field was the first to present the possibility of production without the use of the platform due to the fact that gas fields has enough energy to flow over large distances without the need of artificial lifting. However, with the advancement in pump technology and subsea separators, the future indicates the application of this procedure also in oil fields. This paper provides a simplified calculation tool for multiphase flow of easy access that allows the calculation without the need of advanced commercial software. Despite being a simplified tool is useful for quick calculations.