Orientador: Luiz Felipe Mendes de Moura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-14T18:46:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MartinezGalvis_RodrigoAndres_M.pdf: 4057448 bytes, checksum: 3bb97fcf91e9831006e4abebab3eadfd (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Os sistemas de transporte de óleos pesados, que adicionam um líquido de menor viscosidade como água, geram uma mistura que pode escoar em diferentes padrões. Um deles é o escoamento anular ou core-flow, onde a água escoa na região perimetral anular e o óleo na região central, permitindo uma diminuição da potencia utilizada no transporte convencional. Quando são injetados óleo e água torna-se necessário monitorar o comportamento deste processo. Uma solução do problema consiste em utilizar uma sonda não-intrusiva, que utiliza a modificação do campo elétrico devida à diferença entre as permissividades do óleo e da água num capacitor de placas côncavas colocado na superfície externa da tubulação, de maneira que a distribuição das fases modifica a capacitância. Existem diferentes geometrias para os eletrodos, formas de colocar-los na tubulação, separação entre eletrodos, entre outros parâmetros que podem modificar o comportamento do sensor. Testar as diferentes configurações de forma experimental pode resultar árduo. Aproveitando a natureza do fenômeno e as leis físicas que o governam, é possível utilizar ferramentas computacionais e, mediante técnicas numéricas, obter soluções que ajudem a agilizar o processo de desenvolvimento. Pode-se testar um volume razoável de configurações e obter um mapa do comportamento do sistema, para que na etapa de testes sejam somente utilizados os parâmetros que deram as melhores respostas. As simulações dependem da escolha de diferentes parâmetros e devem fornecer respostas não ambíguas, que possam ser lidas com um sistema eletrônico. Neste trabalho são levadas em conta diferentes situações presentes em escoamentos do tipo core-flow que afetam a medida feita pela sonda, como a variação do diâmetro do fluido que escoa na região central (neste caso é o óleo), a excentricidade que pode apresentar esta região, a mudança de permissividades devida às emulsificações ocasionadas na injeção do óleo na tubulação cheia de água e o efeito volumétrico do capacitor. / Abstract: The heavy oil transport systems, that add a liquid of lower viscosity as water, generate a mixture which can flow with different patterns. One of them is the core-flow, where water flow in the annular region and the oil in the core, allowing a reduction in the power used in the conventional transport. When oil and water are injected it becomes necessary monitoring the behavior of the process. One solution for this problem consists in use a non-intrusive probe, which uses a modification of the electric field due to the difference between the oil and the water permittivities, inside a capacitor of concave plates placed in the external surface of the pipe, thus the distribution of the phases modifies the capacitance. There are different geometries for the electrodes, ways for placing them in the pipe, separation between electrodes, among other parameters, which can modify the sensors behavior. Taking advantage of the nature of the phenomenon and the physical laws that govern it, is possible to use computational tools and, by numerical techniques, to get solutions that help expediting the development process. It can be tested a reasonable volume of configurations and getting a map of the behavior of the system, so that in the stage of testing only will be used the parameters which provided the best answers. The simulations depend on the choice between different parameters and should not provide ambiguous answers, which can be read with an electronic system. In this work are taking into account different situations in draining of the core-flow kind that affect the measurement made by the probe, such as the variation of the diameter of the fluid that flows in the central region (in this case oil), the eccentricity that can show this region, the changes i the permittivity due to the emulsion produced in the oil injection in to the tubing full of water and the volumetric effect of the capacitor. / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

O procedimento de dimensionamento de uma linha lateral de microirrigação necessita avaliar com precisão as perdas de carga distribuídas na tubulação e as perdas de carga localizadas nas inserções dos emissores com os tubos. Estas perdas localizadas podem ser significativas quando comparadas com as perdas de carga totais, devido ao grande número de emissores instalados ao longo da linha lateral. Este trabalho reporta os resultados de um experimento sobre perda de carga distribuída, fator de atrito e perda de carga localizada em conexões de emissores &#34;on-line&#34; em tubos de polietileno de pequeno diâmetro. Foram utilizados cinco tubos com diâmetros internos de 10,0 mm, 13,0 mm, 16,3 mm, 17,4 mm e 19,7 mm. O experimento foi conduzido para números de Reynolds no intervalo de 5000 a 68000, obtidos pela variação da vazão nos tubos, a uma temperatura média da água de 20 &#177; 2 &#176;C. Os resultados foram analisados e concluiu-se que o fator de atrito f da equação de Darcy-Weisbach pode ser estimado com c = 0,300 e m = 0,25. A equação de Blasius com c = 0,316 e m = 0,25 mostrou-se conservadora na estimativa do fator de atrito, porém esse fato não constitui limitação para sua utilização em projetos de microirrigação. As análises mostraram que as duas equações proporcionam estimativas de f com pequeno desvio médio (5,1%). Para um dado conjunto tubo-conexão o coeficiente de carga cinética (KL) foi praticamente independente do número de Reynolds, para R>20000, sugerindo que cada conjunto tubo-conexão pode ser caracterizado por um valor médio de KL. Para desenvolver um procedimento de estimativa de KL, a geometria da conexão entre o emissor e o tubo foi caracterizada por um índice de obstrução IO, que depende da razão (r) entre a área da seção transversal do tubo, onde o conector está localizado, e a área da seção transversal do tubo fora do conector. Uma função potência foi ajustada aos pares experimentais (IO, KL). A seleção do modelo é consistente com o fenômeno físico uma vez que KL = 0 para r = 1 (nenhuma obstrução dentro do tubo). Para 5000<R68000 a relação foi KL = 1,23 (IO)0,51 com R2 = 0,9556 e erro padrão do ajuste igual a 0,04245. As diferenças entre os valores de KL estimados e observados são normalmente distribuídas. / Microirrigation lateral design procedure needs to accuratel evaluation of both the pipe head losses and the local losses that are due to the protrusion of emitter barbs into the flow. These local losses, in fact (in relation to the high number of emitters located along the line) can become significant compared to the overall energy loss. On this paper, the results of an experimental study on the pipe head losses, friction factor and head local losses for small-diameters polyethylene pipes are reported. The experiment was carried out using a range of Reynolds number between 5000 to 68000, obtained by varying discharge at 20 &#177; 2 &#176;C water temperature, with a internal diameter pipes of 10,0 mm, 13,0 mm, 16,3 mm, 17,4 mm and 19,7 mm. According to the results analysis and experimental conditions the friction factor (f) of the Darcy-Weisbach equation can be estimated with c = 0,300 and m = 0,25. The Blasius equation (c = 0,316 and m = 0,25) gives a conservative estimative of f, although this fact is non restrictive for microirrigationsystem design. The analysis shows that both the Blasius and the adjusted equation parameters allow accurate friction factor estimate, characterized by low mean error (5,1%). For a given pipeconnection system, the fraction KL of kinetic head was practically independent of the Reynolds number, for R>20000, which suggested that each system can be characterized by the mean value of KL. To derive an estimating procedure of KL, the geometry of the connection between the emitter and the pipe was characterized by the obstruction index IO, which is dependent on the ratio (r) between the pipe cross-section area corresponding to the section in which the emitter is located, and the pipe cross-section area. A power relationship was then fitted to the experimental IO, KL data pairs. The selection form of thr relationship is consistent with the physical phenomenon since it estimates KL = 0 for r = 1 (no obstruction into the pipe). For 5000<R<68000 the relationship was KL = 1,23 (IO)0,51 with R2 = 0,9556 and standard fit error equal to 0,04245. The differences between KL observed values and the calculated ones are normally distributed.

Orientadores: Ana Maria Frattini Fileti, Sandra Lúcia da Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-18T11:17:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_RejaneBarbosa_M.pdf: 7186526 bytes, checksum: a1d9198f8a8453c6c0cc532057d71723 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A cada ano cresce o número de tubulações transportando gases e líquidos, ocasionando a necessidade de aumentar a confiabilidade operacional dos dutos. Considerando a importância do monitoramento dos sistemas de tubulações, o presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento e teste de técnicas de detecção de vazamentos de gases em um sistema de tubulação, baseada nos métodos acústicos, visando à detecção e à determinação da magnitude dos vazamentos, além da localização dos mesmos através da utilização de redes neurais artificiais. Foram provocados vazamentos, com diferentes magnitudes de orifícios, em tubulação de ferro galvanizado de 60m e em tubulação flexível de 100 m de comprimento, transportando ar comprimido. Os ruídos sonoros dos vazamentos foram captados por microfone e analisados para as duas tubulações,sob diversas condições de pressão inicial do ar (2, 4 e 6 kgf/cm2) e de localização do vazamento.O microfone foi instalado no vaso de pressão,localizado no início da tubulação, e acoplado a uma placa de aquisição de dados num microcomputador. Os dados experimentais obtidos através deste microfone foram decompostos em ruídos de diferentes freqüências por meio de um circuito eletrônico de condicionamento de sinais. Para cada pressão inicial, a dinâmica destes ruídos no tempo foi utilizada como entrada do modelo neural para determinar a magnitude do vazamento provocado (saída do modelo). Quando detectada a existência do vazamento pelo primeiro modelo, um segundo modelo neural é acionado para a localização do mesmo na respectiva tubulação. O método de Levenberg- Marquardt com Regularização Bayesiana foi utilizado no treinamento dos modelos neurais.Através dos resultados obtidos observou-se que os vazamentos foram adequadamente detectados por método acústicos, para todos os orifícios utilizados. Entretanto, quando os vazamentos eram muito próximos (1,5 m), os sinais captados pelo microfone utilizado foram muito parecidos, dificultando a localização do mesmo pelo segundo modelo. Os resultados indicaram a grande potencialidade dos modelos desenvolvidos. Para a tubulação flexível, nas pressões 4 e 6 kgf/cm², e para todos os casos da tubulação rígida, os modelos neurais apresentaram 100 % de acerto na detecção. Quanto à predição da magnitude de vazamento, considerando que os dados de saída apresentados à rede neural se constituíam de números inteiros da medida em milímetros, efetuou-se o arredondamento da saída da rede neural e, verificou-se que desta forma, são anulados todos os erros ocorridos em todos os testes realizados. Em testes utilizando apenas a tubulação rígida, com ar comprimido a 6 kgf/cm², o modelo neural para determinar a localização do vazamento desempenhou um bom comportamento, caracterizando a predição do local com erro máximo de 0,6 m. Com o uso desta metodologia elimina-se a necessidade de monitoramento constante do operador humano na tela do computador, analisando os gráficos gerados pelos sinais acústicos, pois os modelos podem gerar um alarme informando a ocorrência, o tamanho e a localização do vazamento / Abstract: Every year the number of pipelines transporting gases and liquids increases, requiring improvements in the operating reliability of pipelines. Considering the importance of monitoring piping systems, the aim of the present work is to develop and test a technique to detect gas leaks in pipes, based on acoustic method, in order to determine the occurrence and the magnitude of leaks, besides locating the leakage, by using neural artificial networks. Leakages of distinct magnitudes were triggered in a 60m-galvanized iron pipe and in a 100m-flexible pipe, which transports compressed air. The audible noise, generated by leaks in both pipelines operating under different initial air pressures (2, 4 and 6 kgf/cm2) and for distinct locations, was captured by the microphone and then analyzed. The experimental data, obtained through a microphone installed inside the pressure vessel and connected to a data acquisition system, was decomposed by an electronic circuit into sounds of different frequencies. For each initial pressure employed, the dynamic of these noises in time was used as input to the neural model in order to determine the occurrence and magnitude of the leak (model output). Once detected the occurrence of a leakage, a second neural model is activated to determine its position in the pipeline. The method chosen for training the neural networks was the Levenberg-Marquardt with Bayesian Regularization. From the results, it was observed that the leaks were properly detected by the acoustic method in all situations. Nevertheless, there were similarities among captured signals from very close leakages (1.5m), which affected the location prediction from the model. The results indicated that the developed models were powerful tools for online monitoring rigid and flexible pipes. For the flexible pipe, using pressures 4 and 6 kgf/cm², and for all operating conditions of the iron pipe, the neural models showed 100% accuracy in leak detection. For the leakage magnitude prediction, whereas the output data presented to the neural network was integer numbers of the measurement (mm), the output of the neural network was rounded, vanishing the small decimal errors detected in all tests. In tests using only the iron pipeline, with compressed air at 6 kgf/cm2, the leak location prediction model performed well, pointing out the local with maximum error of 0.6 m. By using this methodology, the human operator will not need to monitor the graphics on computer screen because the neural models can strike an alarm for the leak occurrence, simultaneously displaying its magnitude and location / Mestrado / Sistemas de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:15:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Reis_Emersondos_D.pdf: 6688906 bytes, checksum: caaf00f56924878990e55925f4a1f55a (MD5) Previous issue date: 2003 / Doutorado

Orientador: Antonio Carlos Bannwart / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-07-31T15:13:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ObregonVara_RosaMaribel_M.pdf: 3876695 bytes, checksum: eab8e9bdc7ff92684aba33d3163bff1a (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Considerados de grande importância na indústria petroleira, os óleos pesados constituem uma grande reserva a ser explotada e produzida. Devido a dificuldades associadas às propriedades do óleo como densidade e viscosidade, tem-se procurado métodos para produzí-lo e transportá-lo de forma econômica. Uma dessas técnicas é o corejIow, que é basicamente a injeção lateral de pequenas quantidades de água, com o fim de lubrificar o óleo, formando uma configuração concêntrica anular, onde o óleo ocupa o centro e a água a parte externa. Neste trabalho fizeram-se testes experimentaispara obter diversas informaçõessobre os padrões de fluxo em duto horizontal de um escoamento óleo pesado - água, com ênfase no padrão corejIow. Estabeleceuse uma análise de estabilidade unidimensional geral para o padrão anular liquido - líquido horizontal, através da qual chegou-se a um critério geral de estabilidade, o qual inclui o critério de Kelvin-Helmhotz, conseguindo representar bem os resultados experimentais. Os dados coletados no laboratório também permitiram desenvolver um modelo para cálculo das perdas de pressão e da fração volumétrica com correlações que consideram os fenômenos fisicos relevantes: turbulência do anel, escorregamento entre as fases, molhabilidade e rugosidade da parede e as ondulações no núcleo de óleo. O uso do corejIow consegueu reduzir a perda de pressão em até 225 vezes em comparação com o óleo sozinho / Abstract: Heavy oi! has a growingimportancein the oi! industry,given the amountof its largeand unexploited reserves. Because of the natural difficulties reIated to its physical properties - higb viscosity and density - researchhas been focusedon how to produce and transportheavyoi] economically. Oneofthemostpromisingtecbniquesinvestigated, nownascore-annularflow 01 coreflow, is based on the lateral injection of few amounts of water, so as to lubricate the oil and form an annular liquid-liquid flow pattern, with the oi! in the center, surrounded by a watel annulus. In this work, experiments were performed in a horizontal pipe, in order to obtain detailed information on different heavy oil-water flow patterns, with special interest on the core flow pattern. A one- dimensional approach to the stability ofhorizontalliquid-liquid annular flow was developed and a general stability criterion was derived, which incIudes the Kelvin-HelInholtz criterion as a special case, and gives good agreement with the laboratory measurements. The data coIlected also allowed to develop pressure drop and holdup models taking into account alI relevant physical phenomena: annulus turbulence, slip between the phases, wall wettability and roughness and interface waviness. In the present experiments, pressure drop was reduced up to 225 fold in core flow compared with the flow of an equal amount of the oi! / Mestrado / Reservatórios e Gestão / Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:39Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-01-30Bitstream added on 2014-06-13T18:10:03Z : No. of bitstreams: 1 coelho_wr_dr_ilha_prot.pdf: 3240058 bytes, checksum: f2c138a1a2cb98ce4eb9f9618ea59484 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Cavitação em bombas centrífugas é a formação de bolhas de vapor do fluido bombeado na região de sucção do equipamento. As bolhas de vapor formadas em algum local do escoamento, em geral na região de sucção da bomba, entrarão posteriormente em colapso. Este fenômeno é importante cientificamente, tecnicamente e economicamente. Cientificamente é interessante, pois envolve o escoamento de um fluido em estado líquido, simultaneamente ocorre a formação de bolhas de vapor, que também escoam juntamente ao fluido líquido. O processo de vaporização e condensação de um fluido é complexo, pois envolve mudança de fase, um fenômeno térmico não linear. Tecnicamente, é importante porque quando o escoamento se dá com cavitação os parâmetros hidrodinâmicos do escoamento bem como da bomba, em geral, são fortemente alterados na direção termodinâmica de maior produção de irreversibilidades. Economicamente, é custoso porque a cavitação, em geral, leva a perda de eficiência termodinâmica dos processos e em conseqüência haverá maior custo na produção de um dado bem, diminuindo a eficiência econômica e a competitividade da empresa. O escoamento com cavitação na sucção de bombas apresenta três aspectos danosos principais: cavitação pulsante com baixa vazão; cavitação não pulsante com baixa altura útil; e erosão cavitacional. A cavitação pulsante é caracterizada por grande formação de bolhas de forma transitória com baixa freqüência e grande amplitude, gerando forças vibratórias importantes no sistema de bombeamento. A cavitação pulsante também causa colapso do fluxo de massa do fluido bombeado com valores que vão do fluxo normal da instalação até valores quase nulos, transitoriamente. Na cavitação pulsante a erosão cavitacional e a queda na altura útil são pequenas... / Cavitation in centrifugal pumps is the development of vapor bubbles from the pumped liquid into equipment suction region. Vapor bubbles developed somewhere in the flow, generally in the pump suction, will afterwards along the flow to collapse. This phenomenon is scientifically, technically and economically important. Scientifically, it is interesting because involves the flow of a fluid on liquid state, and simultaneously happens vapor bubbles development that also flow together the liquid fluid. Fluid vaporization and condensation processes are complex because involves phase change, a non-linear thermal phenomenon. Technically, it is important because when the flow happens with cavitation the flow and pump hydrodynamic parameters, generally, are strongly modified toward bigger thermodynamic irreversibility production. Economically, it is expensive because cavitation, generally, leads to thermodynamic process efficiency loss, and consequently it will have bigger costs for production of a given good, then decreasing economic efficiency and company competitiveness. Flow with cavitation in the pump suction presents three main devastating aspects: surging cavitation with low flow rate; steady cavitation with low total head; and cavitational erosion. Surging cavitation is characterized by unsteady, low frequency and high amplitude, intense bubbles development, producing strong vibration forces into the pumping system. Surging cavitation also causes the collapse of pumped fluid mass flow rate with values that goes from the normal flow to values that almost reach the zero flow, unsteadily. In surging cavitation, the cavitational erosion and the breakdown in total head are small. In steady cavitation the mass flow rate, and even the flow rate... (Complete abstract click electronic access below)

A vibração induzida por escoamento é parte intrínseca do transporte de fluidos. Por exemplo, na indústria de petróleo e gás esse fenômeno pode ser encontrado em tubulações, tanto no setor upstream, quando downstream. Essas vibrações são produto das forças geradas pelo escoamento e, portanto, carregam informações sobre sua fenomenologia. No caso de escoamento bifásico em tubo, resultados experimentais indicam forte influência da velocidade da mistura, fração de vazio e padrão de escoamento no comportamento dinâmico da estrutura. Contudo, pouco foi feito na tentativa de obter informações do escoamento a partir da reposta estrutural. Assim, o objetivo do presente estudo é desenvolver métodos para a previsão dos parâmetros do escoamento baseados na resposta de um tubo submetido a escoamento bifásico. Foi conduzido um trabalho experimental da vibração induzida por diversos padrões gás-líquido numa tubulação horizontal (PVC &#216;3/4\'\') duplamente engastada, com água e ar como fluidos de trabalho. A partir de uma abordagem analítica, corroborada com resultados experimentais para escoamento monofásico e bifásico, estabelece-se a existência de uma relação, de natureza quadrática, entre a velocidade de atrito e o desvio padrão da aceleração. Dado que a velocidade de atrito é função do fator de atrito bifásico, um método para a sua previsão é desenvolvido. Ele prevê de maneira precisa os dados coletados; todos eles com erro percentual menor do que 30%. O método foi comparado também com dados experimentais e modelos da literatura, mostrando boa concordância. Além disso, apresenta-se uma relação entre a frequência pico da resposta e a fração de vazio homogênea. No fim, são apresentados: (i) um método de identificação de escoamento pistonado, baseado na superposição dos mecanismos de vibração por turbulência e intermitente, com desempenho mínimo de 81.8%; (ii) um método experimental para determinação da velocidade da mistura (J) e fração de vazio homogênea (&beta;). Os melhores resultados são obtidos para os padrões disperso e pistonado, prevendo adequadamente os parâmetros J e &beta; com erro percentual absoluto médio de 24.1% e 20.65%, respectivamente. / Flow-induced vibration is intrinsic to piping problems. For example, in the oil and gas industry the FIV phenomenon can be found in pipe flow both in upstream and downstream applications. The structural vibration response contains information about the flow phenomenology. In the case of two-phase pipe flow, experimental results show a strong influence of mixture velocity, void fraction and flow pattern on pipe structural dynamics. However, efforts to obtain information of the flow from pipe response have been scanty. The goal of this study is to develop two-phase flow parameters predictive methods based on the structural pipe response. An experimental study of flow-induced vibration was carried out for several flow patterns in a clamp-clamp straight pipe (PVC &#216;3/4\'\'), with air and water as working fluids. From an analytical approach, a quadratic relationship between shear velocity and standard deviation of acceleration is proposed and validated against the experimental data of single and two-phase flow. Since the shear velocity depends on the friction factor, a method to predict two-phase friction factor is presented. The method predicts accurately our experimental data with a mean absolute error up to 30%. Good agreement was also found when it was compared with some models and experimental data from the literature. Furthermore, an expression to correlate peak frequency and homogeneous void fraction as a function of added mass is offered. Finally, we present: (i) a slug flow identification technique based on the superposition of the turbulence and intermittent flow-induced vibration mechanisms, with performance of 81.8% and (ii) an experimental methodology to estimate mixture velocity (J) and homogeneous void fraction (&beta;). The latter method shows better agreement for dispersed and slug flow-patterns, predicting J and &beta; with a mean absolute error of 24.1% e 20.65%, respectively.

Orientador: João Batista Aparecido / Banca: Jose Luiz Gasche / Banca: Paulo Gilberto de Paula Toro / Resumo: Cavitação em bombas centrífugas é a formação de bolhas de vapor do fluido bombeado na região de sucção do equipamento. As bolhas de vapor formadas em algum local do escoamento, em geral na região de sucção da bomba, entrarão posteriormente em colapso. Este fenômeno é importante cientificamente, tecnicamente e economicamente. Cientificamente é interessante, pois envolve o escoamento de um fluido em estado líquido, simultaneamente ocorre a formação de bolhas de vapor, que também escoam juntamente ao fluido líquido. O processo de vaporização e condensação de um fluido é complexo, pois envolve mudança de fase, um fenômeno térmico não linear. Tecnicamente, é importante porque quando o escoamento se dá com cavitação os parâmetros hidrodinâmicos do escoamento bem como da bomba, em geral, são fortemente alterados na direção termodinâmica de maior produção de irreversibilidades. Economicamente, é custoso porque a cavitação, em geral, leva a perda de eficiência termodinâmica dos processos e em conseqüência haverá maior custo na produção de um dado bem, diminuindo a eficiência econômica e a competitividade da empresa. O escoamento com cavitação na sucção de bombas apresenta três aspectos danosos principais: cavitação pulsante com baixa vazão; cavitação não pulsante com baixa altura útil; e erosão cavitacional. A cavitação pulsante é caracterizada por grande formação de bolhas de forma transitória com baixa freqüência e grande amplitude, gerando forças vibratórias importantes no sistema de bombeamento. A cavitação pulsante também causa colapso do fluxo de massa do fluido bombeado com valores que vão do fluxo normal da instalação até valores quase nulos, transitoriamente. Na cavitação pulsante a erosão cavitacional e a queda na altura útil são pequenas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Cavitation in centrifugal pumps is the development of vapor bubbles from the pumped liquid into equipment suction region. Vapor bubbles developed somewhere in the flow, generally in the pump suction, will afterwards along the flow to collapse. This phenomenon is scientifically, technically and economically important. Scientifically, it is interesting because involves the flow of a fluid on liquid state, and simultaneously happens vapor bubbles development that also flow together the liquid fluid. Fluid vaporization and condensation processes are complex because involves phase change, a non-linear thermal phenomenon. Technically, it is important because when the flow happens with cavitation the flow and pump hydrodynamic parameters, generally, are strongly modified toward bigger thermodynamic irreversibility production. Economically, it is expensive because cavitation, generally, leads to thermodynamic process efficiency loss, and consequently it will have bigger costs for production of a given good, then decreasing economic efficiency and company competitiveness. Flow with cavitation in the pump suction presents three main devastating aspects: surging cavitation with low flow rate; steady cavitation with low total head; and cavitational erosion. Surging cavitation is characterized by unsteady, low frequency and high amplitude, intense bubbles development, producing strong vibration forces into the pumping system. Surging cavitation also causes the collapse of pumped fluid mass flow rate with values that goes from the normal flow to values that almost reach the zero flow, unsteadily. In surging cavitation, the cavitational erosion and the breakdown in total head are small. In steady cavitation the mass flow rate, and even the flow rate... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

CAPES; PETROBRAS / O escoamento de gás-líquido descendente, no padrão golfadas é frequentemente encontrado em linhas de produção de petróleo provocado pela topografia do terreno. Assim, é necessário entender a dinâmica deste tipo de escoamento para o projeto de linhas de produção de óleo e gás, assim como para o dimensionamento de separadores e equipamentos. Neste cenário, no presente trabalho é caraterizado experimentalmente o escoamento bifásico de líquido-gás no padrão intermitente na direção descendente, em tubulações com inclinações de 0°, −4°, −7°, −10° e −13°. O estudo foi realizado utilizando o circuito experimental instalado no NUEM/UTFPR. Os experimentos foram conduzidos para diferentes condições de vazão de líquido e gás que garantam o padrão intermitente em golfadas, e para a monitoração das estruturas (fases) do escoamento foi utilizado um par de sensores de malha de eletrodos. A partir dos sinais temporais da fração de vazio adquiridos, foram extraídas as distribuições estatísticas dos parâmetros característicos do escoamento em golfadas, sendo estes: a velocidade de translação da bolha alongada, a frequência de passagem da célula unitária, o comprimento do pistão de líquido, o comprimento da bolha alongada e a fração de vazio na região da bolha alongada. Em posse dos dados experimentais processados, estes foram analisados com a finalidade de identificar a relação entre os parâmetros do escoamento em golfadas, tanto para suas distribuições estatísticas como para seu valor médio, com as vazões e propriedade dos fluidos. Foram elaboradas correlações, com intervalo de confiança de 95%, para calcular a frequência, velocidade da bolha alongada, comprimentos do pistão e da bolha, fração do líquido e de vazio; que certamente servirão de referência para o desenvolvimento de modelos matemáticos e desenvolvimento de projetos de engenharia. / Downward slug flow in ducts of circular cross section is a frequently observed flow regime in oil and gas transportation lines. The onset of this kind of flow is due to instabilities generated by irregular pipe topography. Therefore, to understand the hydrodynamics of the slug flow is paramount in the design of crude oil production lines as well as in the project of equipment involved in oil and gas operations. The goal of this work is to experimentally analyze and characterize the two-phase gas-liquid intermittent downward flow in ducts with inclination angles of 0°, −4°, −7°, −10° and −13°. The analysis was performed at different gas-liquid volumetric flow rates for which the slug flow regime was observed. An existing experimental rig in the NUEM/UTFPR labs was used to collect data. A pair of wire-mesh sensors to evaluate the flow structure, thus obtaining void fraction temporal series was employed. From those series, statistical distributions for the characteristic parameters of such slug flows – namely the elongated bubble translational velocity, the unit cell frequency, the liquid slug and the elongated bubble lengths and the void fraction in the elongated bubble region – were obtained. The processed signals were analyzed so as to identify the relationship between the slug flow parameters, their statistical distributions and averaged values alike as functions of the flow rates and fluid properties. Correlations for slug frequency, elongated bubble velocity, liquid slug and bubble lengths as well as empirical expressions for the void and liquid fractions were developed, all within a confidence interval of 95%. It is expected that such correlations may contribute to the betterment of future engineering endeavours, and used in the development of similar mathematical models.

CAPES / Escoamentos bifásicos gás-líquido são muito comuns em aplicações industriais, especialmente nas indústrias de petróleo e gás, química e nuclear. Conforme variam as condições operacionais tais como vazões das fases, dimensão das tubulações e propriedades físicas dos fluidos, ocorrem diferentes configurações geométricas conhecidas como padrões de escoamento. No caso da produção de petróleo, o padrão encontrado com maior frequência é o de golfadas, onde se alternam regiões contínuas de líquido (pistões) e regiões de preponderância gasosa (bolhas alongadas). Em operações de produção de petróleo em águas profundas é comum encontrar cenários onde a tubulação ajusta-se ao relevo do leito marinho, apresentando leves mudanças de direção. Nesse contexto, no presente trabalho é desenvolvido um estudo experimental do escoamento bifásico líquido-gás no padrão golfadas em um duto com leve mudança de direção, composto por um trecho horizontal seguido por um trecho inclinado descendente. São produzidos escoamentos em condições controladas, dos quais são extraídos alguns parâmetros característicos. Os fluidos usados são água e ar e os experimentos são realizados no circuito de testes presente no NUEM (Núcleo de Escoamentos Multifásicos da UTFPR). A extração dos parâmetros é feita através de sensores resistivos, instalados em quatro seções da tubulação. Adicionalmente, duas câmeras de alta taxa de aquisição de imagens são utilizadas. Com os resultados obtidos, avalia-se a influência de uma leve mudança de direção nos parâmetros característicos e na transição do escoamento em golfadas para estratificado na região descendente. / Gas-liquid two-phase flow is very common in industrial applications, especially in the oil and gas, chemical, and nuclear industries. As operating conditions change such as the flow rates of the phases, the pipe diameter and physical properties of the fluids, different configurations called flow patterns take place. In the case of oil production, the most frequent pattern found is slug flow, in which continuous liquid plugs (liquid slugs) and gas-dominated regions (elongated bubbles) alternate. Offshore scenarios where the pipe lies onto the seabed with slight changes of direction are extremely common. With those scenarios and issues in mind, this work presents an experimental study of two-phase gas-liquid slug flows in a duct with a slight change of direction, represented by a horizontal section followed by a downward sloping pipe stretch. The experiments were carried out at NUEM (Núcleo de Escoamentos Multifásicos UTFPR). The flow initiated and developed under controlled conditions and their characteristic parameters were measured with resistive sensors installed at four pipe sections. Two high-speed cameras were also used. With the measured results, it was evaluated the influence of a slight direction change on the slug flow structures and on the transition between slug flow and stratified flow in the downward section.