Petrobrás; ANP; UTFPR; LACIT / Bombas centrífugas submersas têm sido cada vez mais utilizadas comométodo de elevação artificial para a produção de óleos em campos marítimos profundos. O bombeio de fluidos com viscosidades significativamente diferentes a da água gera um desempenho da bomba distinto ao do apresentado no seu catálogo, com uma queda de rendimento da mesma, assim sendo, a influência da viscosidade do fluido no desempenho em uma bomba centrífuga submersa tem recebido muita atenção há alguns anos. Neste cenário, no presente trabalho foi realizada a simulação numérica do escoamento monofásico, newtoniano, incompressível e isotérmico no rotor e difusor de uma bomba centrífuga submersa utilizando o programa de dinâmica de fluidos computacional ANSYS CFX. As simulações numéricas foram realizadas para um estágio de uma BCS de três estágios para escoamentos envolvendo fluidos com viscosidades variando de 1 a 1020 cP. A partir dos resultados numéricos obtidos foram elaboradas as curvas para a altura de elevação da bomba e eficiência e comparados contra dados experimentais obtidos por Amaral (2007). Também foi realizada uma análise do padrão do escoamento no rotor e difusor com o objetivo de avaliar o comportamento dos campos de velocidade e pressão, a intensidade turbulenta e o aparecimento de recirculações para a BCS operando fora da faixa de operação ótima. Alem disso foi analisada a degradação do desempenho da bomba em função da viscosidade do fluido de trabalho, e foram utilizados números adimensionais como parâmetros para quantificar essa degradação. / This work presents a numerical analysis on the influence of viscosity on the performance of a semi-axial electrical submersible pump (ESP) such as the ones used in offshore petroleum production. A single stage composed of an impeller with seven blades and a diffuser with seven vanes is considered. Flow simulations for water and other fluids with viscosity ranging from 60 to 1020 cP were performed with the aid of Computational Fluid Dynamics, and both design and off-design flow rates and impeller speeds were investigated. The numerical model was compared with experimental measurements of the static pressure difference on a given stage of a three-stage ESP system. Results showed good agreement between the numerical and the measured pressure difference values. As a main objective, the pump performance degradation relative to viscosity is analyzed for several conditions regarding design and off-design operation. The flow field pattern associated with the effect of viscosity is also analyzed. Studying the pump performance degradation cause by viscosity, especially for off-design operation like this work is also intended, is a current and ongoing demand in offshore petroleum production. In association with that, understanding the flow field pattern for those scenarios, which seems to be very particular for each pump, should help to contribute to the related literature in this field.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/880 |
| Date | 18 October 2013 |
| Creators | Sirino, Thiago |
| Contributors | Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo, Estevam, Valdir |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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