Tese (livre-docencia) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Limeira / Made available in DSpace on 2018-07-20T02:28:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Schiozer_Dayr_LD.pdf: 3172213 bytes, checksum: a2fb9eaeac34de71f3c9e26199b587b6 (MD5) Previous issue date: 1985 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo estabelecer diretrizes para o projeto de dirigíveis, no que diz respeito ã influência da forma na resistência ao arrasto. É também feita uma indicação sobre as possibilidades de exploração da sustentação dinâmica no projeto. Acreditando muito que ao dirigível está reservado um importante papel no transporte de passageiros e carga, no capítulo 1, apresentamos breves considerações sobre as áreas de conhecimento, que devem ser entrelaçadas na pesquisa e desenvolvimento de veículos: escoamentos e técnicas de otimização para sistemas de transporte. No capítulo 2, procuramos esclarecer os nossos objetivos mostrando as limitações deste trabalho. Assim, apresentando a multiplicidade de critérios que norteiam a escolha da forma - aerodinâmica, estrutura e arranjo, principalmente - introduzimos o dirigível, comparando-o, sob alguns aspectos, a helicópteros e aviões. Finalmente, foram bem frisadas as limitações e os objetivos: não tratamos de análise de sistema de transporte e, sequer, do estabelecimento de critério geral para projeto de veículo; tratamos, única e exclusivamente, da análise de relação entre forma e resistência de arrasto, para corpos axissimétricos com indicações genéricas sobre sustentação dinâmica. Os objetivos ficaram claros: 19) Busca da geometria ótima no que concerne a arrasto, 29) Penalidades impostas no arrasto, quando se foge do ponto ótimo; 39) Análise e indicação dos aspectos que relacionam sustentação à forma. No capítulo 3, expõe-se a situação do problema, sob dois aspectos. Na primeira parte, procuramos apresentar as razoes da estagnação de pesquisa e desenvolvimento de dirigíveis durante quase meio século. A seguir, situamos o problema no que diz respeito a estudos que relacionem arrasto e sustentação ã forma: escassos, não sistemáticos e pouco confiáveis. As dificuldades de ensaios, sob semelhança dinâmica, nos indicam adotar os bons resultados obtidos com uma série sistemática de corpos de revolução, ensaiados para utilização em projetos submarinos: a serie 58. No capítulo 4, estabelece-se o processo de analise. O critério e o valor mínimo do arrasto específico por unidade de volume. O modelo matemático cria uma função objetivo; a busca é feita, com técnicas de otimização não lineares, para diversos pares de valores volume de velocidade, fixando o meio numa dada altitude e variando a geometria; também consideramos a posição da secção de área máxima, assim como os raios da curvatura da proa e da popa. Para a sustentação, a análise não é sistemática e se resume apenas num caso estudo. Os resultados são apresentados no capítulo 5, discutidos no capítulo 6 e as conclusões expostas no 7 .Nestes , fica evidenciado que: a) o valor ótimo da geometria independe de volume, de velocidade e de altitude; b) tal valor corresponde a um coeficiente prismático de 0,60 e um índice de esbeltez de 7,4; c) as penalidades em arrasto são pequenas, quando nos distanciamos, não muito, da geometria ótima, em decorrência do achatamento da função objetivo; d) características aerodinâmicas de arrasto podem ser sacrificadas, se houver exigências rigorosas de aspectos de manobra e de outras estruturais; c) a sustentação dinâmica, conseguida por vôo não axial, não e vantajosa no aspecto consumo de combustível; f) a resposta final de viabilidade econômica de sustentação dinâmica só pode ser dada após estudos que englobem todos os custos; g) é necessário analise de geometria não axissimetricas / Abstract: The purpose of this work is to establish the frameworks for airship design, concerning the relations between shape and drag. It also indicates the possibilites in exploring lift actions as design condition. We strongly believe that in the near future, the airship will be in full operation for cargo and passenger transportation. Then, in chapter I we introduce brief considerations about the fields which must be connected with the research and development of vehicles: fluid flows and optimization techniques for transportation systems. In chapter 2, we show a clear picture of our purpose, presenting restricting our work to a well defined area. Therefore, the multiplicity of criteria which govern the choice of shape - fluid dynamics, structure and general arrangement, mainly - we introduce the airship compared, in some aspects, to airplanes and helicopters. Finally we set forth the restrictions and our purposes: we will not analyse transportation systems and, even less, we will try to establish general criteria for unit vehicle design; we are restricted to the analysis of the connections between shape and drag for streamlined bodies of revolution, with additional surveys on lifting considerations. The purpose was clear: 1st: search on shape concerning drag aspects; 2nd: penalt1es on drag when the shape goes away from the optimum; 3rd: analysis and indication of relations between shape and lift. In chapter 3, we show the state of the art for the problem, in two aspects. The first one indicates the reasons why airship development was so inactive throughout almost half a century. The second shows the situation of research on drag and lift for streamlined bodies: scarces, not systematic and doubtful. The natural difficulties on testing under dynamic similarity conditions, suggest us to use model the results obtained on tests with a systematic series of streamlined bodies of revolution applied to the design of high speed submarines: Série 58. In chapter 4, we settle the method of analysis. The criterion is to find the best shape for minimum drag value, on the basis of equal displacement volume. We established the objective function; the search is developed using non linear optimization techniques; for several pairs volume - speed and fixed static fluid conditions, the shape is analysed through the variation of fineness ratio and prismatic coefficient; we also considered position of maximum area section as well as tai 1 and nose radius. For lift considerations the analysis is not systematic. The results are presented in chapter 5, discussed in chapter 6 and conclusions are established in chapter 7. Then, it is possible to point out that: a) The optimum shape is independent of volume, speed and altitude; b) the optimum corresponds to a prismatic coefficient close to 0,.60 and a fineness ratio around 7,4; c) the penalties on drag are small when the shape goes not so far away from the optimum, as a consequence of the flatten shape of the objective function; d) the aerodynamic considerations of drag can be sacrified if there are stronger reasons concerning structure and maneuvering; e) the lift that results from non axial flight is not advantageous in respect to fuel consumption; f) final answers about economical aspects of the lift under non axial flights can be stated only when complete analysis is conducted based on general economic criterion; g) it is necessary to keep doing some research on non symmetrical shapes / Tese (livre-docencia) - Univer / Livre Docente em Engenharia Mecânica

Orientadores: João Alexandre F. R. Pereira, Sandra Lucia da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-23T21:27:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Buiatti_ClaudioMalagoni_M.pdf: 2966437 bytes, checksum: 843ce4e69556f22af4565782e8805b77 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um método computacional de análise de transientes hidráulicos em tubulações, com o objetivo de detectar e localizar vazamentos. Para isso, foi contruída uma tubulação de 427 metros de comprimento, em tubo de PVC, 3/4" de diâmetro. Ao longo da tubulação foram instalados 4 transdutores de pressão que, acoplados a um microcomputador PC/XT dotado de placa ADA, são os reponsáveis por detectar o surgimento do vazamento. o método utilizado para detecção e localização de vazamentos, baseia-se no estudo de ondas negativas de pressão. Tal método tem como vantagem ser relativamente simples de implantar em computador. A presença de um vazamento em uma tubulação, causa uma rápida queda de pressão na posição do mesmo, originando uma onda de pressão negativa que se propaga à velocidade do som nos sentidos a montante e a jusante do local do vazamento. Através do monitoramento da tubulação é possível detectar a propagação das ondas de pressão em ambos os lados do vazamento, o que permite registrar os instantes em que as ondas são detectadas pelos vários transdutores instalados ao longo da linha e fazer uma aproximação da localização do vazamento. Foram realizados estudos para determinação da influência de diversos parâmetros hidráulicos sobre a velocidade de propagação das ondas de pressão e da queda de pressão na tubulação / Abstract: This work has developed a computational method of hydraulic transient analisys in pipelines, with the objective of detecting and locating leaks. For this reason, a 427 metres long pipeline was constructed, in PVC pipes, 3/4" diameter. Along the pipeline were installed 4 pressure transducers that, coupled to a PC/XT microcomputer, are responsible for detecting the leak. The method used to detect and locate leaks, is based at the negative pressure waves study. This method has the advantage of being easily implemented to a computer. When a leak occurs, it causes a rapid pressure drop at its location, generating a negative pressure wave that moves at the speed of sound in the downstream and upstream directions of its position. Monitoring the pipeline, it is possible to detect the propagation of the waves in both sides of the leak, to record the moment that the waves are detected by the transducers on the line, and to make an estimative of leak location. Experiments were carried out to analyse the influence of many hydraulic parameters over the pressure wave velocity and the pressure drop at the pipeline / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Jose Geraldo Pena de Andrade / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-24T03:13:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rocha_MarcelodaSilva_M.pdf: 4293826 bytes, checksum: 9aa66fedc768ae729791f17e82ed9e9f (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Os transientes hidráulicos, como são chamadas as ondas de pressão (positivas ou negativas) geradas em um sistema hidráulico, devido à ação de "manobras" dos componentes deste sistema, podem ocorrer em amplitudes e freqüências tais que podem causar a ruptura ou colapso de elementos da instalação como: tubos, válvulas, etc. Muitos artifícios de controle, os quais por si só alteram a velocidade do fluxo, causando assim, eventos transitórios secundários que respondem à pressão do sistema. Assim, a confiabilidade das simulações realísticas de comportamento dos sistemas, dependem da precisão na avaliação das variações da vazão, pressão e freqüência dos ciclos de onda. Uma das imprecisões associadas à modelação do fenômeno transitório está no uso de uma formulação quasi-estática para o termo de atrito, a qual é válida somente para regimes de fluxo permanente. Este trabalho faz uma comparação entre os resultados obtidos nos dois modelos computacionais de cálculo do transitório aplicando o método elástico, visando promover análise sistemática da eficiência e precisão proporcionada pela utilização do termo de atrito, o qual incorpora o grau de dependência da velocidade, efeitos de inércia e compressibilidade do fluido em uma simples e generalizada estrutura. Para tal, utiliza como base para a formulação, um modelo proposto por VARDY et a1.(1993) que faz uso da formulação do termo de atrito válido para o regime transitório turbulento, anteriormente proposta por ZIELKE (1968) e válida somente para o regime laminar de escoamento / Abstract: The hydraulic transients, as are called the pressure waves (positive or negative) generated into the pipes by component settings, can be large and occur with frequencies enough to cause rupture or collapse of the systems components as : pipes, valves, etc. Many contral devices, which themselves alter the flow velocity, and therefore case secondary transient events, respond to system pressure. Thus, relability of realistic simulation of system behavior depends on how accurately are the flow and pressure changes and the frequency of cydes predictions. A cause of this modeling error lies in the use of quasi-steady friction equation which is only valid for steady flows. This research will compare results obtained of two computing models and applying the elastic method to promote a systematic analysis of efficiency and accuracy made by friction equation uses, which incorporates rate dependent velocity, shear and compressibility effects within a single, generalized framework / Mestrado / Recursos Hidricos / Mestre em Engenhria Civil

Orientadores: Fernando de Almeida França / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T14:04:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Estevam_Valdir_D.pdf: 11356344 bytes, checksum: 13e102eea46c4503e7a6aa8283fa67a9 (MD5) Previous issue date: 2002 / Doutorado

Orientadores: Sandra Lucia Cruz, João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-07-31T16:29:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Braga_CandiceFerreira_M.pdf: 2622319 bytes, checksum: aa21fc1c7466d7f813bfddcbb417426e (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Redes de tubulações são sistemas complexos utilizados para transportar produtos por longas distâncias para atender tanto o abastecimento das refinarias como suprir a necessidade dos grandes centros de consumo de derivados. São sistemas flexíveis quanto à capacidade operacional e bastante eficiente. Transportar cada vez mais produtos com segurança, com baixo risco econômico e ambiental é um dos pontos mais importantes da operação de dutos. Para aumentar ainda mais a eficiência do transporte é fundamental desenvolver técnicas de monitoramento de dutos. A detecção de vazamentos é um dos principais aspectos do sistema de supervisão e controle de tubulações que transportam produtos químicos. Neste trabalho, transientes pressão causados por vazamento, foram detectados em uma tubulação de 1250 metros de comprimento operando com um sistema ar-água. O sistema de detecção consiste de quatro transdutores de pressão conectados a um computador PC equipado com uma placa conversora ADA Vazamentos foram provocados através de uma válvula solenóide que também está conectada ao computador PC através de um conversor DI A Um programa computacional on-line é usado para provocar o vazamento, ler os sinais dos transdutores e gerar os perfis de pressão. Experimentos foram realizados sobre diferentes condições de operação: Número de Reynolds (baseado na vazão do líquido) variando de 4.000 a 10.000; porcentagem de vazamento de 10% a 50% da vazão nominal do líquido; vazão do ar variando de 2,5 Vmin a 61,41/min; posição do vazamento a 250 m e a 750 m. Os resultados deste trabalho mostram a possibilidade da detecção de vazamentos para sistemas de misturas ar-água, onde a quantidade de ar é o principal parâmetro para identificação de transientes e detecção de vazamentos / Abstract: Pipeline networks are systems used to transport products through long distances in order to supply manufacturing and consumer centers. Pipelines are used due their flexibility and capacity, being very efficient systems. An important point in pipeline operation is the challenge involved in the transportation of a great amount and variety of chemical and non-chemical products with reasonable economy and low risk for the environment. In order to increase the efficiency when transporting chemical products it is fundamental the development of pipeline control systems. Leak detection and location is one of the main aspects in the pipeline supervision and control system. In this work pressure transients caused by leaks were detected and analyzed in a 1259 m long pipeline operating with air-water system. The detection system consisted of four pressure transducers connected to a PC computer equipped with ADA converters. Leakage was provoked through a solenoid valve, which is also connected to the PC computer through the DIA converter. A computer program to be run on-line is used to provoke the leak, to read the transducers signals and to display the pressure profiles. Experiments were performed under different operation conditions: Reynolds number (based on the liquid flow) ranging from 4.000 to 10.000; leak magnitude from 10 % to 50 % ofthe nominal liquid flow; air flow rate ranging from 2,51/min to 61,41/min; leak location at 250 m and 750 m. The results show the possibility of leak detection in air-water mixture systems, the amount of air in the pipe being the main parameter for transient identification and leak detection / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The present work refers to the characterization of the sound field generated by subsonic jets in crossflow (JICF). This phenomenon that results from a jet of fluid discharged perpendicularly to a moving medium has a very complex, but well established, fluid dynamics and a sound field yet unexplored. For the complete characterization of this phenomenon, a hybrid methodology of low computational cost that uses a combination of commercial and open source packages is used. The fluid dynamics part is solved by the commercial code CFD ++ by Metacomp Inc. through Reynolds Average Navier-Stokes Equations (RANS), and the noise calculations are performed on an open source code using the Lighthill Ray-Tracing method (LRT). An extensive validation step is performed to demonstrate the ability and highlight the limitations of the methods used for predicting the jet s behavior. This work brings a large contribution to the development of JICF noise research by showing the existence of a region of relative silence in these jets. / O presente trabalho refere-se ao estudo da caracterização do campo acústico de jatos subsônicos submetidos a escoamento cruzado (JSEC). Este fenômeno que resulta de um jato de fluido descarregado perpendicularmente a um meio em movimento, possui uma dinâmica muito complexa, mas bem estabelecida, e um campo acústico ainda inexplorado. Para a completa caracterização deste fenômeno, utiliza-se uma metodologia híbrida de baixo custo computacional, que associa pacotes comerciais e códigos abertos. A parte fluidodinâmica é solucionada pelo código computacional comercial CFD++ da empresa Metacomp Inc. por meio das Equações Médias de Reynolds (RANS), e os cálculos de ruído são realizados em código aberto utilizando o método de Lighthill Ray-Tracing (LRT). Uma extensa etapa de validações é realizada para comprovar a capacidade e evidenciar as limitações dos métodos utilizados na previsão do comportamento do jato. Este trabalho contribui para o avanço das pesquisas na área de ruído de JSEC, tendo identificado a existência de uma região de silêncio nesses jatos. / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Maria Regina Wolf Maciel, Antonio Andre Chivanga Barros, Henry França Meier / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-05T18:14:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soares_Cintia_D.pdf: 3816439 bytes, checksum: e39afd5653e2802b28899a3c09f4753c (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Grande parte dos estudos envolvendo colunas de destilação está fundamentada por modelos macroscópicos de conservação de massa e de energia. Exemplo disto são os modelos de estágios de equilíbrio e de não-equilíbrio. Nestes, os aspectos fluidodinâmicos do escoamento são restritos e orientados à medição de parâmetros macroscópicos. Porém, graças aos avanços introduzidos pelo emprego das técnicas da fluidodinâmica computacional (CFD), a análise de processos empregando uma abordagem microscópica tornou-se mais sofisticada e precisa. Além disto, há necessidade de trabalho experimental com o propósito de validar modelos e métodos em CFD e medir outros parâmetros ao longo do equipamento. Dentro deste contexto, este trabalho visa o desenvolvimento de uma metodologia de caráter numérico e experimental que possibilite o estudo do escoamento líquido-vapor, em nível microscópico, em um prato perfurado de uma coluna de destilação. Para tanto, objetiva-se a proposição de um modelo microscópico de conservação da quantidade de movimento, em condições de escoamento turbulento, sob a influência da fase vapor, e de uma metodologia para a aquisição de dados experimentais. A metodologia numérica consistiu em iniciar com um estudo aprofundado do escoamento com superfície livre, utilizando um módulo experimental de hidráulica, seguido do estudo do escoamento monofásico na superfície de um prato perfurado. Estudos em uma coluna de bolhas permitiram a obtenção de experiência com modelos e métodos associados ao escoamento multifásico. Finalmente, foram realizados estudos sobre o escoamento líquido-vapor em pratos perfurados com a proposição de um modelo 3-D e homogêneo. Na metodologia de solução, o principal objetivo esteve relacionado às características numéricas, tais como: fatores de relaxação, esquemas de interpolação, integração temporal, acoplamento pressão-velocidade, entre outras. A metodologia experimental consistiu no projeto e construção de uma coluna de destilação para a simulação física do escoamento líquido-vapor em um estágio a frio, sendo as informações microscópicas obtidas por meio do emprego da técnica de anemometria térmica. Técnicas de visualização do escoamento foram empregadas como ferramenta de análise qualitativa na identificação de padrões de escoamento, como mecanismo de apoio à realização de medidas experimentais e, finalmente, como instrumento complementar de análise para facilitar a interpretação dos resultados. A metodologia numérica permitiu a avaliação de estratégias de solução de modelos e métodos em CFD, além do desenvolvimento de um modelo homogêneo capaz de predizer o escoamento líquidovapor, em nível microscópico, em um prato perfurado de uma coluna de destilação. A metodologia experimental permitiu a caracterização do escoamento em um tanque retangular, entretanto, a técnica de anemometria térmica apresentou limitações quando da aplicação no escoamento bifásico. Na análise dos resultados obtidos concluiu-se que há a ocorrência de diferentes padrões de escoamento no interior de uma coluna de destilação, de acordo com a vazão da fase gás e da geometria do prato, sendo o escoamento não uniforme. Além disto, há uma tendência do fluxo de líquido próximo à parede retroceder, o que resulta no fenômeno de circulação. Outra observação importante foi que a fase vapor, em contato com o líquido fluindo horizontalmente, obtém uma energia cinética na direção do fluxo de líquido / Abstract: Greater part of researches involving distillation columns is based on macroscopic models of mass and energy conservation. Examples are the equilibrium and non-equilibrium stage models. In these cases, the fluid dynamics characteristics are restricted in measuring macroscopic parameters. However, advances introduced by fluid dynamic techniques made possible a more sophisticated and accurate process analysis using a microscopic approach. Researches in this area are indispensable and more experimental studies is necessary in order to validate models and methods in CFD and measure other parameters along the equipment. Based on these statements, this work takes aim the development of a numerical and experimental methodology that enables the study of liquid-vapour flow, in a microscopic level, on a sieve plate of a distillation column. It is proposed the development, implementation and application of a microscopic model for momentum conservation subjected to turbulent flow of the vapour phase, complemented by the development of an experimental methodology for data acquisition in an apparatus in laboratory scale. The numerical methodology consisted to make a deep study of flow with free surface using a hydraulic modulus and a study of a single-phase flow on a sieve plate. Studies in a bubble column allowed building knowledge for modelling momentum transfer phenomenon in multiphase flow. Finally, studies about the liquid-vapour flow in sieve plates were carried out with development of a 3-D and homogeneous model. The main objective in the solution methodology was related to numerical characteristics, such as: relaxation factors, interpolation schemes, temporal integration and pressure-velocity coupling. The experimental methodology consisted in the design and building of a distillation column that simulates the liquid-vapour in a sieve plate. The information related to velocity profiles were obtained by means of definition and implementation of the thermal anemometry technique. During the numerical and experimental studies, flow visualization techniques have also been employed in different ways as a tool for qualitative analysis of different flow patterns, as an assistance to the experimental measures, and finally, as a complement to the analysis, supporting the interpretation of results. The numerical methodology allowed the evaluation of models and methods strategies in CFD, and the development of a homogeneous model able to predict the liquid-vapour flow in a sieve plate of a distillation column. On the other hand, the experimental methodology allowed the evaluation of flow inside a rectangular reservoir, but the thermal anemometry technique presented limitations in the multiphase flow. It was concluded that there is the occurrence of different flow patterns inside the distillation column, according to the gas flow and plate geometry, and the flow is not uniform in the plate surface. Besides, there is a tendency of the liquid flow to go back near the wall, resulting in a circulating zone. Other observation was that the vapour phase, contacting with the horizontally flowing liquid, gains a kinetic energy in the direction of liquid flow / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T20:45:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MonteVerde_William_M.pdf: 4763246 bytes, checksum: d71320f12abcec340b449d80b2466a83 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A utilização de bombas centrífugas submersas (BCS) operando com a mistura gás-líquido é comum na indústria de petróleo. Para elevadas vazões de líquido e baixas frações de gás o desempenho da bomba é similar ao escoamento monofásico. No entanto, uma degradação severa no desempenho é observada para elevadas frações de gás. A presença de gás livre no escoamento causa instabilidades na curva de ganho de pressão versus vazão. A curva passa a exibir um ponto de máximo, conhecido como ponto de 'surging', sendo que para vazões abaixo desse ponto, ocorre uma acentuada queda no ganho de pressão e, portanto, na capacidade de bombeamento. O aumento da vazão de gás pode causar o bloqueio da área disponível ao escoamento no rotor da bomba, fazendo com que a vazão seja nula, fenômeno conhecido como 'gas locking'. Portanto, o conhecimento das condições operacionais onde ocorre o surging é de fundamental importância para a operação adequada da bomba. O objetivo deste trabalho é obter as curvas de desempenho (elevação, potência e rendimento) de BCS operando com misturas gás-líquido. Com esse propósito as curvas característica de um protótipo de BCS foram determinadas utilizando a mistura água-ar, com frações volumétricas de gás entre 0 e 10% em diferentes rotações, pressões de sucção e vazões de líquido. O protótipo de BCS foi desenvolvido a partir de uma bomba convencional permitindo a visualização do escoamento no interior da bomba. Um manuseador de gás também foi testado buscando determinar suas características operacionais. Os ensaios foram realizados em uma bancada de testes, onde foram medidas os parâmetros do escoamento (vazões de ar e água, pressão e temperatura na entrada e saída da bomba) e parâmetros mecânicos (torque de velocidade de rotação). Uma severa degradação no desempenho, e consequentemente no rendimento da bomba foram observados devido à presença de gás no escoamento. Os fenômenos de surging e gas locking também foram observados durante os testes. A velocidade de rotação e a pressão de sucção influenciaram a fração volumétrica onde o surging ocorre. O aumento da velocidade de rotação e da pressão de sucção desloca a fração volumétrica critica de gás para valores mais elevados, aumentando a faixa operacional da bomba / Abstract: The use of electrical submersible pumps (ESP) under gas-liquid flow is very common in the oil industry. At constant liquid flow rate a dramatic degradation on pump head is observed as gas flow rate increases. Natural instabilities of two-phase flow may cause the centrifugal pump to surge at rather low gas void fraction (GVF), as evidenced by a critical point in the pressure gain x flow rate curve, a phenomenon referenced as 'surging point'. Further increase in GVF may cause the gas to fill most of the pump impeller, making the liquid flow rate to decrease down to zero, a phenomenon known as 'gas locking'. Therefore, knowledge of the conditions for which the pump starts to surge is of utmost importance and can only be understood through experimental investigation. The goal of this work is to present the experimental ESP performance curves (head, brake horsepower and efficiency) when operating with gas-liquid mixtures. For that purpose the characteristic curves were determined for one prototype of ESP, operating with water and two-phase air-water mixtures with GVF ranging from 0 to 10 % at different rotational speed, intake pressure and liquid flow rate. The ESP prototype is designed to make possible the flow visualization inside the pump. The performance of a gas handler was also tested in order to determine their operational characteristics. Tests were carried out on an ESP testing bench, where flow parameters (air and water flow rates, pressure and temperature at the inlet and outlet of the pump) and mechanical parameters (shaft torque and speed) were measured. A significant decrease in pump head, and consequently in pump efficiency, was observed as the air fraction was increased. Phenomena like surging and gas locking were observed during these tests. The rotational speed and intake pressure affect the critical GVF at the surging conditions. Increasing the rotational speed and intake pressure moves de critical GVF to higher values extending the operational range the ESP / Mestrado / Explotação / Mestre em Engenharia de Petróleo

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho objetiva a construção de estruturas robustas e computacionalmente eficientes para a solução do problema de deposição de parafinas do ponto de vista do equilíbrio sólido-líquido. São avaliados diversos modelos termodinâmicos para a fase líquida: equação de estado de Peng-Robinson e os modelos de coeficiente de atividade de Solução Ideal, Wilson, UNIQUAC e UNIFAC. A fase sólida é caracterizada pelo modelo Multisólido. A previsão de formação de fase sólida é inicialmente prevista por um teste de estabilidade termodinâmica. Posteriormente, o sistema de equações não lineares que caracteriza o equilíbrio termodinâmico e as equações de balanço material é resolvido por três abordagens numéricas: método de Newton multivariável, método de Broyden e método Newton-Armijo. Diversos experimentos numéricos foram conduzidos de modo a avaliar os tempos de computação e a robustez frente a diversos cenários de estimativas iniciais dos métodos numéricos para os diferentes modelos e diferentes misturas. Os resultados indicam para a possibilidade de construção de arcabouços computacionais eficientes e robustos, que podem ser empregados acoplados a simuladores de escoamento em dutos, por exemplo. / The objective of this work is to develop robust and computationally efficient frameworks devoted to the solution of the problem of paraffin deposition, from the point of view of the solid-liquid equilibrium. In this scenario, several thermodynamic models will be evaluated to the description of the behavior of the liquid phase: the Peng-Robinson cubic equation of state and the activity coefficient models of Ideal Solution, Wilson, UNIQUAC and UNIFAC. The solid phase is characterized by the Multisolid model. The formation of the solid phase is initially predicted by a thermodynamic stability test. Subsequently, the nonlinear algebraic system that describes the thermodynamic equilibrium and the material balance equations is solved by three numerical approaches: the multivariable Newton method, the Broyden method and the Newton-Armijo method. Several numerical experiments were conducted in order to evaluate computation times and robustness facing several scenarios of initial estimates of the numerical methods for various models and mixtures. The results indicate the possibility of construction of efficient and robust computational frameworks which can be used coupled with fluid flow simulators, for instance.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho objetiva a construção de estruturas robustas e computacionalmente eficientes para a solução do problema de deposição de parafinas do ponto de vista do equilíbrio sólido-líquido. São avaliados diversos modelos termodinâmicos para a fase líquida: equação de estado de Peng-Robinson e os modelos de coeficiente de atividade de Solução Ideal, Wilson, UNIQUAC e UNIFAC. A fase sólida é caracterizada pelo modelo Multisólido. A previsão de formação de fase sólida é inicialmente prevista por um teste de estabilidade termodinâmica. Posteriormente, o sistema de equações não lineares que caracteriza o equilíbrio termodinâmico e as equações de balanço material é resolvido por três abordagens numéricas: método de Newton multivariável, método de Broyden e método Newton-Armijo. Diversos experimentos numéricos foram conduzidos de modo a avaliar os tempos de computação e a robustez frente a diversos cenários de estimativas iniciais dos métodos numéricos para os diferentes modelos e diferentes misturas. Os resultados indicam para a possibilidade de construção de arcabouços computacionais eficientes e robustos, que podem ser empregados acoplados a simuladores de escoamento em dutos, por exemplo. / The objective of this work is to develop robust and computationally efficient frameworks devoted to the solution of the problem of paraffin deposition, from the point of view of the solid-liquid equilibrium. In this scenario, several thermodynamic models will be evaluated to the description of the behavior of the liquid phase: the Peng-Robinson cubic equation of state and the activity coefficient models of Ideal Solution, Wilson, UNIQUAC and UNIFAC. The solid phase is characterized by the Multisolid model. The formation of the solid phase is initially predicted by a thermodynamic stability test. Subsequently, the nonlinear algebraic system that describes the thermodynamic equilibrium and the material balance equations is solved by three numerical approaches: the multivariable Newton method, the Broyden method and the Newton-Armijo method. Several numerical experiments were conducted in order to evaluate computation times and robustness facing several scenarios of initial estimates of the numerical methods for various models and mixtures. The results indicate the possibility of construction of efficient and robust computational frameworks which can be used coupled with fluid flow simulators, for instance.