ANP; PETROBRAS, FINEP / Escoamentos multifásicos estão presentes não somente em diversos processos da natureza, mas também são muito comuns em diversas atividades industriais, como na exploração, produção e transporte de petróleo e gás. Na produção de petróleo, a mistura multifásica de gás, petróleo e água é frequentemente encontrada fluindo através de colunas e risers de produção. Nos últimos anos muito progresso no desenvolvimento e aplicação de técnicas de medição em escoamentos multifásicos foi realizado cujo intuito é quantificar com exatidão, prever e/ou controlar o fluxo de misturas multifásicas. Em especial técnicas de imageamento do escoamento multifásico estão em foco atualmente. Sensores de malha de eletrodos (wire-mesh sensors) são dispositivos que produzem imagens da distribuição das fases na seção transversal de uma tubulação com alta resolução espacial e temporal. Em estudos anteriores a utilização desse sensor é explorada em diversas aplicações em escoamentos bifásicos (predominantemente do tipo gás-líquido). O princípio de funcionamento do sensor é baseado na medição de uma única propriedade elétrica (condutividade ou permissividade) da mistura multifásica. Portanto, o objetivo deste trabalho é a aplicação da técnica wire-mesh para visualização de escoamentos multifásicos em alta velocidade para condições de escoamentos diferentes daquelas utilizados até o momento, bem como prover a técnica com melhorias, adicionando a capacidade de operar em dupla modalidade (medição simultânea condutiva/capacitiva). Assim, novos algoritmos e rotinas de processamento de dados para a investigação de escoamentos gás-líquido e sólido-líquido (suspensão) foram desenvolvidos e testados. A fim de continuar com o aprimoramento da técnica xiii de medição, uma nova eletrônica capaz de medir simultaneamente a permissividade e condutividade através da medição (vetorial) de amplitude e fase é introduzido. Além disso, um algoritmo baseado em um modelo da permissividade elétrica complexa realiza a fusão dos dados de condutividade e permissividade gerados pela técnica desenvolvida. Assim, esta fusão permite obter distribuições individuais das frações de fase de misturas de óleo-água-gás. A principal contribuição deste trabalho no campo de medição e investigação de escoamentos multifásicos é, por conseguinte, o desenvolvimento e aplicação soluções em software e processamento de dados para extração de parâmetros do fluxo multifasico a partir de dados do sensor wire-mesh, bem como a melhoria no sistema de medição com adoção de medidas vetoriais. Desta forma, a gama de aplicação do sensor wire-mesh é ampliada, permitindo a investigação de escoamentos gás-líquido e gás-sólido, assim como escoamentos trifásicos gás-líquido-líquido através de visualização em alta velocidade da distribuição de fases em escoamentos. / Multiphase flows are present not only in nature but also are very common in industrial activities such as in exploration, production and transport of oil and gas. In oil production, the mixture of gas, oil and water is often found streaming through production columns and flow risers. A lot of progress has been made in recent years in the development and application of measurement techniques applied to multiphase flow measurement in order to accurately quantify, predict and control the flow of multiphase mixtures. Especially, high-speed imaging of multiphase flows has received much attention in recent years. Wire-mesh sensors are flow-imaging devices and allow the investigation of multiphase flows with high spatial and temporal resolution. In the past, such sensors have found widespread application in gas-liquid flows. Its operating principle is based on measurement of a single electrical property (conductivity or permittivity) of flowing mixture. The objective of this work is the application of the wire-mesh technique for high-speed multiphase flow imaging in different flow conditions as applied so far, as well as the further development of this technique by adding the capability of dual-modality (simultaneous conductive/capacitive) operation. Hence, novel routines and data processing algorithms for the investigation of two-phase flows of the type gas-liquid and solid-liquid (slurry) were developed and tested. As a step towards the further development of the wire-mesh sensor technique, a novel dual- modality electronics being able to simultaneously evaluate the conductivity and permittivity component of a fluid through vector measurements (amplitude and phase) is introduced. Further, a model-based algorithm to fuse the data of dual-modality wire xi mesh sensor is developed to obtain individual phase fraction distributions in gas-oil- water three-phase flows. Hence, this thesis’ main contribution to the field of flow measurement and investigation is the development and application of software solutions for extracting flow parameters from wire-mesh sensor data, as well as the improvement in the hardware of measuring electronics. As a result, the range of application of wire-mesh sensors is enhanced being capable to investigate two-phase gas-liquid and slurry flows as well as gas-liquid-liquid three-phase flow problems through high-speed flow imaging.

ANP; PETROBRAS, FINEP / Escoamentos multifásicos estão presentes não somente em diversos processos da natureza, mas também são muito comuns em diversas atividades industriais, como na exploração, produção e transporte de petróleo e gás. Na produção de petróleo, a mistura multifásica de gás, petróleo e água é frequentemente encontrada fluindo através de colunas e risers de produção. Nos últimos anos muito progresso no desenvolvimento e aplicação de técnicas de medição em escoamentos multifásicos foi realizado cujo intuito é quantificar com exatidão, prever e/ou controlar o fluxo de misturas multifásicas. Em especial técnicas de imageamento do escoamento multifásico estão em foco atualmente. Sensores de malha de eletrodos (wire-mesh sensors) são dispositivos que produzem imagens da distribuição das fases na seção transversal de uma tubulação com alta resolução espacial e temporal. Em estudos anteriores a utilização desse sensor é explorada em diversas aplicações em escoamentos bifásicos (predominantemente do tipo gás-líquido). O princípio de funcionamento do sensor é baseado na medição de uma única propriedade elétrica (condutividade ou permissividade) da mistura multifásica. Portanto, o objetivo deste trabalho é a aplicação da técnica wire-mesh para visualização de escoamentos multifásicos em alta velocidade para condições de escoamentos diferentes daquelas utilizados até o momento, bem como prover a técnica com melhorias, adicionando a capacidade de operar em dupla modalidade (medição simultânea condutiva/capacitiva). Assim, novos algoritmos e rotinas de processamento de dados para a investigação de escoamentos gás-líquido e sólido-líquido (suspensão) foram desenvolvidos e testados. A fim de continuar com o aprimoramento da técnica xiii de medição, uma nova eletrônica capaz de medir simultaneamente a permissividade e condutividade através da medição (vetorial) de amplitude e fase é introduzido. Além disso, um algoritmo baseado em um modelo da permissividade elétrica complexa realiza a fusão dos dados de condutividade e permissividade gerados pela técnica desenvolvida. Assim, esta fusão permite obter distribuições individuais das frações de fase de misturas de óleo-água-gás. A principal contribuição deste trabalho no campo de medição e investigação de escoamentos multifásicos é, por conseguinte, o desenvolvimento e aplicação soluções em software e processamento de dados para extração de parâmetros do fluxo multifasico a partir de dados do sensor wire-mesh, bem como a melhoria no sistema de medição com adoção de medidas vetoriais. Desta forma, a gama de aplicação do sensor wire-mesh é ampliada, permitindo a investigação de escoamentos gás-líquido e gás-sólido, assim como escoamentos trifásicos gás-líquido-líquido através de visualização em alta velocidade da distribuição de fases em escoamentos. / Multiphase flows are present not only in nature but also are very common in industrial activities such as in exploration, production and transport of oil and gas. In oil production, the mixture of gas, oil and water is often found streaming through production columns and flow risers. A lot of progress has been made in recent years in the development and application of measurement techniques applied to multiphase flow measurement in order to accurately quantify, predict and control the flow of multiphase mixtures. Especially, high-speed imaging of multiphase flows has received much attention in recent years. Wire-mesh sensors are flow-imaging devices and allow the investigation of multiphase flows with high spatial and temporal resolution. In the past, such sensors have found widespread application in gas-liquid flows. Its operating principle is based on measurement of a single electrical property (conductivity or permittivity) of flowing mixture. The objective of this work is the application of the wire-mesh technique for high-speed multiphase flow imaging in different flow conditions as applied so far, as well as the further development of this technique by adding the capability of dual-modality (simultaneous conductive/capacitive) operation. Hence, novel routines and data processing algorithms for the investigation of two-phase flows of the type gas-liquid and solid-liquid (slurry) were developed and tested. As a step towards the further development of the wire-mesh sensor technique, a novel dual- modality electronics being able to simultaneously evaluate the conductivity and permittivity component of a fluid through vector measurements (amplitude and phase) is introduced. Further, a model-based algorithm to fuse the data of dual-modality wire xi mesh sensor is developed to obtain individual phase fraction distributions in gas-oil- water three-phase flows. Hence, this thesis’ main contribution to the field of flow measurement and investigation is the development and application of software solutions for extracting flow parameters from wire-mesh sensor data, as well as the improvement in the hardware of measuring electronics. As a result, the range of application of wire-mesh sensors is enhanced being capable to investigate two-phase gas-liquid and slurry flows as well as gas-liquid-liquid three-phase flow problems through high-speed flow imaging.

Orientadores: Antonio Carlos Bannwart, Edson Yoshihito Nakagawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T01:57:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AndradeJunior_PauloHorade_M.pdf: 39117178 bytes, checksum: 0cf9d815238538a88d4db6a4c0f9cca4 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Foi pesquisado o escoamento ascendente, concorrente, padrão pistonado de ar com água e de ar com goma xantana, através de duto de seção anular concêntrica, nas posições horizontal, vertical e em cinco outras inclinações. O objetivo foram as medição das velocidades das bolhas de Taylor e a comparação como modelo de Zuber & Findlay. Um aparato foi projetado e construído. Consiste de um trecho de 4,5 m de dutos, limitado por duas válvulas esfera, formando a seção de testes. Esta faz parte de um duto anular concêntrico de 9 m de comprimento, formado por um tubo exterior ("casing") com diâmetro interno de 77,2 mm e por um tubo interior ("tubing") com 42,2 mm de diâmetro externo O aparato pode ser inclinado e fixado em várias diferentes posições, de acordo com o ângulo desejado. As velocidades superficiais das fases líquida e gasosa, assim como as frações de vazio, são medidas e plotadas no gráfico de Zuber & Findlay. Os coeficientes angulares Co, oriundos das retas de ajuste, são expostos em função da inclinação e tais curvas são comparadas com algumas publicações. É testada também a correlação de Hewitt, para o cálculo da fração de vazio a partir das velocidades superficiais e das propriedades das fases. Foram usadas as mesmas faixas de velocidades superficiais, nos escoamentos ar-água e ar-xantana, em cada uma das inclinações, possibilitando assim, a comparação dos resultados e a observação da influência das propriedades reológicas. Os resultados obtidas na inclinação vertical são comparados com a correlação de Khatib & Richardson / Abstract: Air-water and air-Xanthum Gum mixture in upward co-current slug flow through concentric annuli are experimentally studied in horizontal, vertical and five other inclinations. The goal is the determination of Taylor bubble velocity using electrical resistivity sensors for direct measurements and quick-closing ball valves for indirect measurements. A flow system consisting of a 4,5 m long test section, limited by two ball valves was designed and built. It is part of a 9 m long concentric annulus with 77,2 mm inside diameter casing (external pipe) and 42,2 mm outside diameter tubing (internal pipe). The whole system can be fixed in several positions, according to the inclination angle desired. The superficial velocities for air and liquid phases are controlled, the volumetric void fractions are measured and the slug veiocities are calculated and plotted against the mixture superficial velocities and compared with Zuber & Findlay mode!. The slop coefficients Co, found by linear regressions, are studied as a function of the inclination and compared with other publications. Hewitt's correlation for the void fraction as a function of the superficial velocities and the fluid properties is tested. For each inclination angle, tests were run both with air-water and air-Xanthum Gum solution using the same superficial velocity ranges, for comparison purposes and identification of the influence of rheological properties. For vertical flow, Khatib & Richardson correlation is compared with the results / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T14:04:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Belo_FranciscoAntonio_D.pdf: 47396549 bytes, checksum: f9c5db83bcca1df5d676d8d6f0063095 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Apresentam-se modelagem e métodos experimentais para validação da análise eletrônica aplicada à escoamentos multifásicos. Baseia-se no comportamento da amostra em relação ao campo eletromagnético e de sua identificação através de uma trandução eletrônica. Organiza-se os fundamentos da resposta da matéria com o campo eletromagnético e, a partir destas, os princípios das células transdutoras. A eletrônica de transdução consiste de uma técnica de processamento eletrônico analógico bem integrada a unidade sensora de modo a permitir a obtenção de resultados experimentais próximos dos valores calculados, até freqüências razoavelmente altas, comparadas às utilizadas em trabalhos similares. Uma técnica de guarda permite uma boa localização do campo de medidas da amostra. Foram desenvolvidos protótipos de laboratórios, propostos métodos de aferição e analisados as respostas simuladas e reais de diversos tipos de escoamento bifásico gás-líquido. Os resultados obtidos apontam para a viabilidade da utilização do método experimental proposto para a aplicação em um sistema de tomografia com processamento tipo paralelo / Abstract: Modeling and experimental method to validation of the electronic analyses by conduction and polarization applied to multiphase flow are presented. It is based on the behavior of the sample with electromagnetic waves and it identification by electronic transducer. An overview of answer of sample with the field is implemented, following the principie of the transducer cell. The electronic transducer consists in an analog electronic processing integrated to unit sensor in order to approximate the calculated and experimental data until high frequency, comparative with similar application. A guard technique permit a good localization of the sample. Laboratory prototype was developed, calibration method was proposed and simulated and real two-phase flows were analyzed. The obtained results show the capability of the proposed measurement system to be applied to the two-phase tomography with parallel processing / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Antonio Claudio de França Correa, Antonio Celso Fonseca de Arruda / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-22T22:21:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_JoseAdilsonTenorio_D.pdf: 57852033 bytes, checksum: b97350e2dad2c99871e3eac6507e5f00 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: O principal objetivo deste trabalho é investigar,em escala de laboratório, a influência da velocidade de deslocamento e da razão de mobilidade sobre a geometria de deslocamento e a permeabilidade relativa de dois fluidos imiscíveis em meio poroso naturalmente consolidado e com presença de água irredutível. Os testes foram realizados em amostras cilíndricas dos arenitos Berea e Botucatu, cuja composição mineralógica, caracterização da geometria de poros e propriedades petrofisicas foram determinadas através da análise microscópica de lâminas delgadas, tomografia computadorizada, análise de minipermeametria e testes petrofisicos convencionais. As amostras foram preparadas e os testes conduzidos de acordo com os procedimentos considerados padrões. O monitoramento dos parâmetros que caracterizam a dinâmica do fluxo foi obtido através da aquisição computadorizada automática dos dados. O monitoramento da distribuição dos fluidos durante os testes de deslocamento foi realizado através da tomografia computadorizada helicoidal de alta velocidade, que permite rapidez e precisão, mesmo em testes com altas velocidades de deslocamento e amostras longas. Devido à grande quantidade de imagens tomográficas obtidas em cada teste e à conseqüente necessidade de espaço e tempo computacional para seu processamento, até então impraticáveis por métodos convencionais, foi necessária a utilização de novos recursos computacionais que permitiram a reconstrução das imagens e cálculo das propriedades do fluxo de forma semi-automática. o alto nível de detalhe obtido nas imagens tomográficas reconstruídas, possibilitou as condições para uma detalhada análise qualitativa e quantitativa das condições do fluxo, permitindo a determinação da variação espacial da saturação e das corretas condições de contorno impostas em cada etapa dos testes. A distribuição dos fluidos obtidas através da tomografia computadorizada, juntamente com o perfil de pressão ao longo das amostras em vários tempos dos deslocamentos, permitiu a formulação de uma nova metodologia para o cálculo da permeabilidade relativa que é independente das condições de estabilidade do fluxo. Os resultados mostram que os limites de estabilidade do fluxo, obtidos através dos índices tradicionalmente conhecidos na literatura, não se aplicam para o deslocamento imiscível em meio poroso naturalmente consolidado, molhável à água e com presença de água irredutível. Nestas condições os efeitos capilares favorecem o coalescimento das digitações inicialmente formadas, transformando-as em uma única, que assim se mantém até a erupção de água. O estudo mostra também que através da utilização das adequadas condições de contorno e geometria de injeção, obtidas através da análise das imagens, e de uma refinada determinação espacial da permeabilidade, que foi possível através da minipermeametria, a simulação numérica por diferenças finitas é uma ferramenta capaz de reproduzir com bom grau de ajuste as condições do deslocamento / Abstract: The main objective of this study is to investigate, at laboratory scale, the influence of both displacement velocity and mobility ratio on the relative permeability and geometry of two phase immiscible flow, in a naturally consolidated porous medium, in the presence of conate water saturation. The displacement experiments were carried out in cylindrical cores of the Berea and Botucatu sandstones. The mineral composition, pore geometry characterization and petrophysical properties of the porous medium were obtained using microcoscopic analysis, X-ray computerized tomography, minipermeametry analysis, and conventional petrophysics conventional tests. The preparation of samples and the displacement tests were performed according to standard procedures. The dynamic parameters of the flow were monitored and stored by an automatic computerized data acquisition system. The saturation distribution of the fluids was monitored using a high speed helical X-ray computer tomography scanning technique, which is appropriate even for high displacement velocities and long samples. New procedures for images processing were used to handle the great amount of tomography images acquired in each test. These procedures permitted a semi-automatic image reconstruction and calculation of displacement properties, which were impossible to be obtained with the available tools. The high leveI of details in the reconstructed images made possible a detailed qualitative and quantitative analysis of the flow conditions, allowing a precise determination of the spatial variation of fluids saturation, and the correct knowledge of the boundary conditions in each test step. Besides, simultaneous determination of fluid distributions and pressure along the sample at various displacement times permitted the establishment of a new reIative permeability analysis method, which is independent of flow stability conditions. The results showed that the flow stability limits, computed according to the traditional indexes, fail in displacement tests using naturally consolidated sands in the presence of conate water. Under these conditions, due to capillary effects, the numerous small fingers developed at the inlet, early in the displacement, merge to form only one finger that advances far into the sample until the break-through. A finite difference numerical simulator can be used as a good tool to match the test results, with appropriate boundary conditions and injection geometry, determined with the aid of images, and a correct permeability distribution, determined with the minipermeametry analysis / Doutorado / Doutor em Engenharia de Petróleo

Orientador: Fernando de Almeida França / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-23T13:41:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pedroso_DanielCleverson_M.pdf: 8686308 bytes, checksum: 746e664a661688fa371869d6e0988627 (MD5) Previous issue date: 1997 / Resumo: Foi desenvolvido projeto experimental com objetivo de estudar a fluidodinâmica do fluxo vertical bifásico em padrão pistonado, utilizando a técnica da sonda de fios paralelos. Parâmetros importantes para a caracterização do fluxo, como a frequência, velocidade e comprimento de golfadas de líquido, a espessura de filme descendente e a fração de vazio na golfada de líquido foram obtidos para uma extensiva série de testes experimentais utilizando sistemas ar-água e ar-líquidos viscosificados. Os dados obtidos são objeto de análise, bem como são avaliados, a título de comparação, os modelos de Fernandes, Sylvester e Orell-Rembrand. O caráter estocástico do escoamento em padrão pistonado é discutido, sendo apresentados e discutidos histogramas de distribuição das variáveis hidrodinâmicas para alguns testes experimentais. Os resultados obtidos permitem apresentar inúmeras conclusões sobre a viabilidade da utilização da técnica da sonda de fios paralelos em escoamentos pistonados, sobre as limitações e melhorias necessárias aos modelos existentes e sobre as implicações do caráter estocástico do fluxo pistonado na caracterização deste padrão de escoamento / Abstract: An experimental loop was designed and built to study the fluid dynamics of vertical upward two-phase slug flow, using two-wire parallel conductance probes. Some important parameters such as frequency, velocity and length of Taylor bubbles and liquid slugs were obtained for an extensive grid of experimental tests, using air-water and air-viscous liquid systems. The obtained data, as well as the models of Fernandes, Sylvester and Orell-Rembrand are analysed. The stochastic characteristic of slug flows is discussed, presenting histograms of some specific experimental tests. The results of this work allowed the drawing of some conclusions on the use of two-wire conductance probes in slug flows, their limitations, the need for improvements in the existing models and on the influence of the stochastic nature of slug flow on the characterisation of this flow pattern / Mestrado / Mestre em Engenharia de Petróleo

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-23T14:41:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meier_HenryFranca_D.pdf: 8327831 bytes, checksum: 7ed2c6aacd625f5171192c69283228b1 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Apresenta-se neste trabalho uma modelagem matemática fenomenológica baseada nos princípios de conservação da massa e da quantidade de movimento sob a ótica das médias volumétricas, e generalizada para representar o escoamento multifásico vorticial em ciclones. Discute-se as hipóteses simplificadoras necessárias para o tratamento de correlações entre propriedades flutuantes resultantes da decomposição de Reynolds, aplicada como premissa estatística para o tratamento da turbulência. O modelo geral é particularizado a partir de hipóteses adicionais, dando origem a três modelos distintos. O primeiro, dedicado à simulação do escoamento de ar isento de particulados -Modelo Euleriano Monofásico Bidimensional (EMB)-, considera que a fase sólida não exerce influência sobre a fase gasosa, e é adequado para analisar fenômenos como alta preservação de vorticidade, reversão do escoamento, zonas de recirculação, anisotropia dos tensores de Reynods e efeitos do sistema coletor de sólidos sobre o campo de escoamento do gás. O segundo, considera que as partículas podem ser caracterizadas como esféricas e com um diâmetro constante, e que o aglomerado de partículas comporta-se como um fluido invíscido sob um referencial Euleriano -Modelo Euleriano- Euleriano Bifásico Bidimensional (EEBB)-, e permite a atribuição de efeitos;da fase sólida sobre a gasosa, como a atenuação do escoamento vorticial e a conseqüente redução da queda de pressão. Isto possibilita a avaliação da queda de pressão em ciclones. E; finalmente, a terceira versão acopla o modelo EEBB com um modelo Lagrangeano -Modelo Euleriano- Euleriano-Lagrangeano Bidimensional (EELB)-, e possibilita a predição da. trajetória das partículas dependendo do seu diâmetro e de sua posição inicial na entrada do ciclone, a partir de um campo de escoamento do gás obtido sob a influência da fase particulada. Com o conhecimento das trajetórias para cada diâmetro de partícula tem-se o ferramental necessário à predição da curva de eficiência de coleta e da eficiência global do ciclone. Foi desenvolvido um programa computacional baseado na aplicação do método dos volumes finitos com acoplamento pressão-velocidade do tipo SIMPLE e malha numérica desencontrada, para a solução segregada das equações provenientes do três modelos. O programa foi inicialmente submetido a uma bateria de testes visando a obtenção de experiência numérica e para evitar a introdução de erros de programação. A partir daí, escolheu-se um conjunto de experimentos numéricos como tentativa para validar os modelos e analisar os principais fenômenos associados ao escoamento vorticial em ciclones. Os principais resultados mostram que a metodologia empregada, baseada nas técnicas da fluidodinâmica computacional, mostra-se apta aos estudos de melhoria de performance de ciclones, quantificada, principalmente, por reduzida queda de pressão e alta eficiência de coleta / Abstract: This work presents a mathematical modeling based on the principIes of mass and momentum conservation with the volumetric average point of view, and generalized to represent the multiphase flow in cyclones. It also discusses the hypotheses necessary for flutuating properties treatment, due to Reynolds decomposition applied as statistical treatment of the turbulence. The general model is particularized from additional hypotheses resulting in three different models. The first, dedicated to the gas flow in cyclones - Two-Dimensional Eulerian Model for Gas (EMB)-,the solid phase has not influence on the gas phase, and it is adapted to dealing phenomena such as high vorticity preservation, reversion of the flow, circulation zones, anisotropic behavior of the Reynolds stress and effects of dust collection system on the gas flow. The second, assumes spherical particles with an average diameter, and the agglomerate of particles behaves such as an inviscicid fluid in the Eulerian reference - Two-Dimensional and Two-phase Model for Gas-Solid Flow (EEBB) -, the model permits the attribution of solid phase effects on the gas phase, as the attenuation of the vortex flow, and the pressure drop reduction. With this model it is possible to predict the pressure drop in cyclones. And, finally, the third version couples the model EEBB with a Lagrangian model- Eulerian-Eulerian-Lagrangean Two-Dimensional Model (EELB) -, and it permits the prediction of the particle trajectories as a function of its diameter, and initial position in the entrance of the cyclone, from a field of the gas flow obtained with the EEBB model. With the knowledge of the trajectories for each particle diameter it is possible to predict the collection efficiency curve, and the global efficiency in cyclones. A computational code was developed based on the application of the finite volume method with pressure-velocity coupling like SIMPLE method and staggered grids, with a numerical procedure for the segregated solution of the algebraic equations of the three models. The program was initially submitted to a battery of tests to obtain numeric experience, and to avoid the introduction of programming mistakes. Starting from there, it was chosen the numeric experiments as attempt to validate the models and to analyze the main phenomena in the multiphase flow in cyclones. The main results show that the methodology proposed based in the computational fluid dynamics techniques, is a good tool for studies of improvement of cyclones performance, quantified mainly by reduced pressure drop and high collection efficiency / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador : Luiz Felipe Mendes de Moura / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T07:43:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AzevedoFilho_AzamorCirnede_D.pdf: 22444366 bytes, checksum: d02c293148932683939acd13b1b26459 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de tomografia capacitiva aplicado ao estudo de processos multifásicos. A pesquisa se inicia com uma revisão da literatura sobre tomografia. Uma análise através de elementos finitos é realizada de forma a oferecer dados para a otimização do sensor de capacitância e para uma análise comparativa com os resultados experimentais. A reconstrução de imagens de diversos padrões de escoamento nessa análise numérica, através do método de retro-projeção-linear, permite verificar a adaptabilidade de vários parâmetros, que contribuíram para a qualidade das imagens, recomendando sua aplicação no procedimento experimental. A parte eletrônica do sistema tomográfico inclui um transdutor de capacitância associado a um circuito de multiplexagem de sinais, que permite o chaveamento das medidas via computador. O sensor de capacitância utilizado constitui-se de um tubo de acrílico com oito eletrodos localizados na parede externa do tubo. A fração de vazio é obtida através de um sistema eletromecânico de medição. A qualidade das imagens reconstruídas a partir de testes experimentais nas composições ar-água, ar-nylon e água-nylon, em diversas frações de vazio, atesta a validade do sistema tomo gráfico desenvolvido / Abstract: This work presents the development of a capacitive tomography system to the study of multiphase processes. The research starts with a literature review about tomography. A finite element analysis is accomplished to offer data for the optimization of the capacitance sensor and for a comparative analysis with the experimental results. The image reconstruction of several flow patterns in the numerical ana1ysis through the linear-back-projection method asserts the adaptability of various parameters which have contributed to the quality of the images, attesting its application in the experimental procedures. The e1ectronic part of the tomographic system inc1udes a capacitance transducer associated to a signal multiplex circuitry, controlled by computer. The capacitance sensor consists of eight electrodes mounted circunferentially around a perspex pipe. The void fraction is obtained through an electromechanical device. The quality of the reconstructed images of experimental data in air-water, air-nylon and water-nylon compositions, for several different void fractions, attests the validity of the developed tomographic system / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Antonio Carlos Bannwart / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T07:47:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HernandezRodriguez_OscarMauricio_D.pdf: 20515204 bytes, checksum: e8248cf9dd43eeebd494c7dfcbf81e6d (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho foi estudado o padrão de escoamento bifásico líquido-líquido anular vertical ascendente, visando sua aplicação para a elevação de petróleo pesado. Um dos principais problemas referentes à viabilidade econômica da movimentação deste tipo de óleo são os enormes gradientes de pressão por fricção envolvidos. A técnica estudada consiste no transporte hidráulico de fluidos altamente viscosos através da injeção de pequenas quantidades de água, de tal forma a criar uma adequada lubrificação do óleo e estabelecer um padrão de fluxo anular, conhecido por core-flow ou core-annular flow. O trabalho investigou uma série de tópicos considerados relevantes no estudo do escoamento óleo pesado- água em tubulações: padrões de fluxo, estabilidade hidrodinâmica do padrão anular, forma da interface, fração volumétrica e perda de pressão bifásica. Descreve-se as experiências realizadas em laboratório onde foram visualizados os padrões e geradas cartas de fluxo. São apresentados novos dados de fração volumétrica e propriedades das ondas interfaciais. Apresenta-se também novas medições de gradiente de pressão por fricção para o escoamento anular vertical ascendente. Foram desenvolvidas modelagens matemáticas e interpretações fisicas à luz dos resultados experimentais, que permitiram determinar uma solução para a interface óleo-água no padrão anular e propor novos critérios de transição do padrão anular para o padrão intermitente e novas correlações para a previsão da fração volumétrica do óleo e da perda de pressão bifásica. As comparações realizadas entre os dados experimentais e os resultados gerados mostrou-se excelente / Abstract: This investigation describes the upward vertical annular two-phase flow for application on heavy oil production. One of the main problems concerning the exploitation of this kind of crude is the huge friction pressure gradient involved. The technology that has been studied for the very viscous fluid transportation consists in the continuous injection of little amounts of water in such a way to create a lubrication layer and establish the flow pattern known as core-annular flow or core-flow. The aim of the research was to study the main issues related to heavy oil-water pipe flow, e.g.: flow pattern, hydrodynamic stability, interface shape, holdup and pressure drop. Laboratory experiments have been carried out where the flow patterns were visualized and flow maps generated. Holdup and interfacial properties were also obtained. Besides, pressure drop gradients were measured for upward vertical core-flow. Mathematical modeling has also been developed allowing the physical interpretation of experimental data. A solution has been obtained for the oil-water interface. New transition criteria from core-flow to intermittent flow are suggested and new correlations to predict the holdup and the two-phase pressure drop were developed. Comparisons between experimental data and the theoretical results were made with excellent agreement / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Milton Mori / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T19:12:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PrietoJimenez_Natalia_M.pdf: 6938239 bytes, checksum: 6c44d3053179a676042ac55971eeb06b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Craqueamento Catalítico Fluidizado (FCC) é um processo amplamente utilizado para converter frações de hidrocarbonetos de óleos brutos de petróleo com elevado ponto de ebulição, a produtos mais valiosos tais como gasolina e gases olefínicos (alcenos). Durante as reações de craqueamento, o catalisador é desativado rapidamente devido à deposição de coque na sua superfície. Em unidades industriais de FCC, o catalisador desativado é continuamente regenerado utilizando um regenerador, conectado ao reator riser. Além da regeneração do catalisador (combustão de coque pelo contato com o ar), o regenerador FCC fornece também a energia necessária para as reações de craqueamento endotérmicas. O objetivo deste trabalho de pesquisa é simular a combustão de coque em um regenerador tridimensional, analisado variáveis de saída como concentração de carbono, temperatura, velocidade axial e radial das fases sólida e gasosa, e fração volumétrica de sólidos, mediante a técnica de Fluidodinâmica Computacional (CFD). Para isto, são utilizadas duas configurações de regenerador com dimensões e condições de contorno tomadas da literatura. Para a modelagem matemática e numérica utilizaram-se os softwares comerciais ANSYS-CFX V11 e FLUENT V12, junto com sub-rotinas desenvolvidas durante a pesquisa. Foram comparados sistemas de reação homogênea e heterogênea utilizando o modelo cinético Finite-Rate laminar, no qual as taxas de reação são determinadas pelas expressões cinéticas de Arrhenius. Do desenvolvimento das simulações obtiveram-se resultados satisfatórios que serão úteis no entendimento do complexo processo da regeneração de catalisadores para processos de FCC / Abstract: Fluidized Catalytic Cracking (FCC) is a widely used process to convert hydrocarbon fractions of crude petroleum oils with high boiling point to more valuable products such as gasoline and olefin gases (alkenes). During the cracking reactions, the catalyst is quickly deactivated due to coke deposition on its surface. In FCC industrial units, deactivated catalyst is continuously regenerated using a regenerator, connected to the riser reactor. In addition to catalyst regeneration (coke combustion by contact with air), FCC regenerator also provides the necessary energy for endothermic cracking reactions. The aim of this research was to simulate the coke combustion in a three-dimensional regenerator, analyzing output variables as coke concentration, temperature, axial and radial velocity of solid and gaseous phases, and solid volume fraction through the technique of Computational Fluid Dynamics (CFD). For this purpose two configurations of regenerator were used with dimensions and boundary conditions taken from the literature. For mathematical and numerical modeling, the commercial software ANSYS-CFX V11 and FLUENT V12 were used, with subroutines developed during the research. Homogeneous and heterogeneous reaction systems were compared using the laminar Finite-Rate kinetic model, in which the reaction rates are determined by Arrhenius kinetic expressions. The simulation of this system produced satisfactory results that will be useful in understanding the complex process of catalyst regeneration for FCC processes / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química