[pt] O presente trabalho é um estudo experimental sobre o escoamento laminar
de óleos pesados através de dutos longos isolados termicamente e que apresentam
forte dependência da viscosidade com a temperatura. O objetivo do estudo é
identificar e interpretar o comportamento verificado em operações de campo onde
a dependência da queda de pressão ao longo do duto com a vazão afasta-se
significativamente da relação linear esperada para escoamentos
hidrodinamicamente desenvolvidos. Para o estudo foi montado um experimento
em escala de laboratório utilizando como fluido de trabalho uma solução de
glicerina e água, que apresenta forte dependência da viscosidade com a
temperatura. A solução quente de glicerina era bombeada por um tubo longo
imerso em um meio refrigerado. A troca de calor do fluido com o ambiente frio
produzia gradientes de temperatura radiais e axiais associados a fortes variações
da viscosidade. Os experimentos conduzidos revelaram uma relação linear entre a
vazão e a queda de pressão ao longo do duto para baixos e altos valores da vazão.
No entanto, para valores intermediários da vazão, a relação entre vazão e queda de
pressão afasta-se do comportamento linear, deixando de apresentar uma relação
monotônica. Nesta região intermediária, os mesmos valores de queda de pressão
foram observados para vazões de ordem de grandeza diferentes. Medidas de perfis
radiais de temperatura e velocidade axial foram realizadas para duas diferentes
posições axiais no duto. Sondas de termopar e a técnica de velocimetria laser-
Doppler foram utilizadas neste estudo. Os perfis de temperatura apresentaram
forte assimetria como decorrência da presença de escoamentos secundários
originados por convecção natural. Os perfis de velocidade axial foram pouco
afetados pelos escoamentos secundários. Acredita-se que o impacto observado na
tensão cisalhante na parede e, portanto, na queda de pressão, esteja associado à
forte variação da viscosidade junto à parede fria, e não às variações do gradiente
de velocidade na parede que não se mostraram significativas. Os resultados
experimentais foram comparados com simulações numéricas tridimensionais e
unidimensionais fornecidas por outros pesquisadores. A relação de queda de
pressão com a vazão foi bem modelada por ambos os modelos. Os perfis radiais
de velocidade foram bem previstos pelo modelo tridimensional, ao contrário dos
perfis radiais de temperatura que se afastaram das medições. / [en] The present work is an experimental study of laminar flows through long,
thermally insulated pipes of heavy oils that present strong dependence of viscosity
on temperature. The objective of the study was to reproduce and understand the
behavior reported in field operations where the dependence of the pressure drop
on the flow rate deviates significantly from the linear relationship expected for
hydrodynamically fully developed flow. To this end, a laboratory-scale
experiment was constructed employing as working fluid a glycerol-water solution
displaying a strong dependence of viscosity on temperature. In the experiments,
the heated glycerol solution was pumped through a long isolated pipe immersed in
a cold environment. The heat exchange with the cold environment produced radial
and axial thermal gradients in the fluid yielding strong viscosity variations. For
the low and high ranges of the flow rate the experiments revealed a linear
relationship between flow rate and pressure drop from the inlet to the exit of the
test section. However, for intermediate values of the flow rate, the relationship
between flow rate and pressure drop deviated from the linear behavior. Further,
this relationship ceased to be monotonic. In this intermediate flow rate region, the
same pressure drop values were measured for flow rates values differing in orders
of magnitude. Radial profiles of temperature and axial velocity were measured at
different axial positions along the pipe. Thermocouple probes and the laser-
Doppler velocimetry technique were employed in this study. Temperature profiles
displayed strong asymmetry as a consequence of the presence of secondary flows
induced by natural convection. The axial velocity profiles were little affected by
the secondary flows. It is believed that the impact observed on the wall shear
stress and, as a consequence, on the pressure drop, are associated with the strong
viscosity variations close to the cold pipe wall, and not with the variations of the
velocity gradient at the wall that were seen to be not too significant. The
experimental results obtained were compared with one and tri-dimensional
numerical solutions developed by other researchers. The relationship between
pressure drop and flow rate was well predicted by both numerical models. The
radial velocity profiles were well predicted by the tri-dimensional calculations,
while the temperature profiles predictions were seen to deviate from the
experiments.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:24828 |
| Date | 29 June 2015 |
| Creators | GUILHERME MOREIRA BESSA |
| Contributors | LUIS FERNANDO ALZUGUIR AZEVEDO |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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