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Fernando Augusto Alves MendesFernando Augusto Alves Mendes

Orientador: Prof. Dr. Orientador: Prof. Dr. Oscar Mauricio Hernandez Ro driguez

Separadores de Fundo de PoçoShroud

Invertido (VERTICAL)

Separador Cetrífugo

Shroud Invertido

(INCLINADO)

EFICIÊNCIA

???

2

Ausência

Alta (90%)

PARTES MOVEIS

Baixa

Contém

???

Ausência

Objetivos

1. Identificação e caracterização dos padrões de esc oamento. Técnica subjetiva :� Videos – Câmera de alta velocidade� Imagens estáticas – Câmera digital

Técnica objetiva :� Análise tempo -frequência da assinatura de pressão

3

� Análise tempo -frequência da assinatura de pressão

2. Investigar a eficiência do separador Shroud Inver tido em função do ângulo de inclinação .

3. Propor e testar um modelo numérico capaz de preve r a eficiência do separador Shroud.

Aparato Experimental

1 – Compressor10 – Bomba de água helicoidal3, 5, 22, 23 – Medidores de ar12, 13 – Medidores de água17, 18 – Medidores de óleo20 – Tanque separador água óleo

4

20 – Tanque separador água óleo30 – Separador Shroud Invertido

Vazões:JG= 0,02 – 50 m/sJL= 0,02 – 5 m/s

Inclinação: 0 °°°° – 90°°°°

Aparato Experimental

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Resultados

Fenômenos observados

6

EFEITO CASCATAESCOAMENTO NO ANULAR EXTERNO

Escoamento Horizontal – 0 °°°°

�Técnica subjetiva

Bolha Alongada

Vista lateralVista superior

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⇒Taxa de aquisição: 1000fps

Estratificado liso (J =0,023 m/s; J =0,041 m/s)

Escoamento Horizontal – 0 °°°°�Técnica objetiva

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Estratificado liso (JG=0,023 m/s; JL=0,041 m/s)

Estratificado ondulado (JG=5,402 m/s; JL=0,536 m/s)

Intermitente - Pistonado (J =0,346 m/s; J =1,736 m/s)

Escoamento Horizontal – 0 °°°°�Técnica objetiva

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Intermitente - Pistonado (JG=0,346 m/s; JL=1,736 m/s)

Bolhas dispersas (JG=0,025 m/s; JL=4,373 m/s)

Bolhas (J =0,049 m/s; J =0,044 m/s)

Escoamento Inclinado - 45 °°°°�Técnica objetiva

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Bolhas (JG=0,049 m/s; JL=0,044 m/s)

Bolhas dispersas (JG=0,051 m/s; JL=3,997 m/s)

Pistonado (J =1,641 m/s; J =0,053 m/s)

Escoamento Inclinado - 45 °°°°�Técnica objetiva

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Pistonado (JG=1,641 m/s; JL=0,053 m/s)

Agitante (JG=17,439 m/s; JL=0,047 m/s)

Escoamento Horizontal - 0 °°°° (ar-água)�Técnica objetiva

12MAPA DE FLUXO

Escoamento Inclinado - 45 °°°° (ar-água)�Técnica objetiva

13MAPA DE FLUXO

Eficiência (ar-água)

14QP = 3,03 m³/h

Eficiência (ar-óleo )

15QP = 0,37 m³/h

Eficiência

Ensaio TransienteQL=0,6 m³/hQG=1 kg/h

O anular interno (NAI) alcança a sucção no ponto de mínimo da curva de Pressão Rev.

1,1

1,2

16

0 20 40 60 80 100 1200,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Pressão Rev. (bar) η

Tem po (s)

Simulação numérica

� DOMÍNIO NUMÉRICO664014 elementos

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� MODELO:Modelo HomogeneoVOFk-ε

� PONTO ANALISADOEscoamento PistonadoVSL=1 m/sVSG=0,05 m/sInclinação: 45°t = 60s� GEOMETRIA ANALISADA

Anular externo

664014 elementos234117 nósPasso tempo = 0,1 s

Simulação numérica

Queda de pressão numérica

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Queda de pressão experimental

Simulação numérica

� DOMÍNIO NUMÉRICO1048108 elementos208078 nósPasso tempo = 0,001 sInclinação - 45°

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Resultado em t=1,8s

Resultado em t=2,3s

Conclusões

1. Nos ensaios com água a eficiência do separador S hroudinvertido chegou a 100% e nos ensaios com óleo a má xima

eficiência alcançada foi de 98%.

2. O método objetivo de previsão do padrão de escoa mento mostrou-se muito eficiente e as cartas de fluxos pr opostas

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neste trabalho para o escoamento inclinado e vertic al foram capazes de prever os padrões de escoamento .

3. Modificações do modelo numérico proposto no pres ente trabalho estão sendo testadas. Até o momento, os re sultados

apresentados pelas simulações numéricas tem sido de mesma ordem de grandeza, no entanto, ainda são resul tados

divergentes ao resultados experimentais.

.

AAGRADECIMENTOGRADECIMENTO

SSUPORTEUPORTE FINANCEIROFINANCEIRO DADASSUPORTEUPORTE FINANCEIROFINANCEIRO DADA

PETROBRASPETROBRAS

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