Caracterização experimental do equilíbrio de fases da mistura de SF6 e óleo mineral
Gas-liquid two-phase flow occurs in several industrial applications as the oil industry. Distinct hydrodynamic models were and are still being developed along the last few decades in order to predict the flow patterns in pipelines, the pressure drop and the heat and mass transfer coefficients. The f...
| Autor principal: | Miguel Junior, Afonso Ferreira |
|---|---|
| Formato: | Dissertação |
| Idioma: | Português |
| Publicado em: |
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
2021
|
| Assuntos: | |
| Acesso em linha: |
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25669 |
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riut-1-256692021-08-06T06:06:28Z Caracterização experimental do equilíbrio de fases da mistura de SF6 e óleo mineral Experimental phase equilibrium of sulfur hexafluoride and mineral oil Miguel Junior, Afonso Ferreira Marcelino Neto, Moises Alves https://orcid.org/0000-0001-5492-6640 http://lattes.cnpq.br/2071333457212415 Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo https://orcid.org/0000-0003-3297-7361 http://lattes.cnpq.br/5156573817670917 Bertoldi, Dalton https://orcid.org/0000-0003-3318-8903 http://lattes.cnpq.br/2224929669460999 Ponte, Maria Jose Jeronimo de Santana https://orcid.org/0000-0002-5394-7949 http://lattes.cnpq.br/1953567397051775 Marcelino Neto, Moises Alves https://orcid.org/0000-0001-5492-6640 http://lattes.cnpq.br/2071333457212415 Diagramas de fase Hexafluoreto de Enxofre Óleo mineral Escoamento bifásico Ondas sonoras Métodos de Simulação Phase diagrams Sulfur hexafluoride Mineral oils Two-phase flow Sound-waves Simulation methods CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA Engenharia Mecânica Gas-liquid two-phase flow occurs in several industrial applications as the oil industry. Distinct hydrodynamic models were and are still being developed along the last few decades in order to predict the flow patterns in pipelines, the pressure drop and the heat and mass transfer coefficients. The flow patterns cannot only vary depending on different geometrical conditions, but also on different thermodynamic conditions, which determine the phase behavior of the oil-gas mixture. High concentrations of carbon dioxide express a current great challenge in the oil extraction industry. The thermodynamic conditions related to the high pressures found in the reservoirs (higher than the CO2 critical pressure) approximate the mixture to its critical pressure during the extraction. This approximation to the critical point makes it difficult to distinguish the two phases and approximates their densities effecting directly the flow patterns in pipelines. Such conditions are difficult to reproduce in laboratory scale, due to not only the great amount of energy, but also to the unsafe settings it needs. Therefore, a new mixture was proposed to emulate this two-phase density approximation using a high-density gas (SF6) and a low-density liquid (mineral oil) in order to reproduce the conditions in lower pressure, and studying its thermodynamic behavior is key to understanding the flow patterns conditions. In the present research, phase equilibrium data of mineral oil Hydra XP 32 and sulfur hexafluoride (SF6) are determined at temperatures between 10 and 35ºC under different mixture concentrations (from 0.05 to 0.25 of SF6). The isothermal synthetic method was used and three different techniques were compared (visual, ultrasonic and pressure-volume observations) to determine mixture bubble points at different temperatures and point out different mixture behaviors. The main goal of this research was to identify if the binary mixture can be used as a model-fluid for simulating the critical highpressure conditions found in the pre-salt reservoirs, and if só, determine the maximum pressure in which the two-phase system will be maintained under different system temperatures. The data produced by this research will be used on the project of a high-pressure flow loop in order to maintain the mixture in a two-phase flow avoiding three-phase state. O escoamento bifásico gás-liquido ocorre em diferentes aplicações industriais, como na indústria do petróleo. Diferentes modelos hidrodinâmicos têm sido desenvolvidos ao longo das últimas décadas a fim de predizer os comportamentos do escoamento nas tubulações de petróleo, as quedas de pressão, bem como os coeficientes de transferências de calor e massa. Os padrões de escoamento podem variar não somente devido a diferenças geométricas, como também dependendo das diferentes condições termodinâmicas que determinam o comportamento das fases da mistura óleo-gás. As altas concentrações de dióxido de carbono associadas às altas pressões encontradas nos processos de extração definem um novo desafio para a indústria petrolífera. As condições termodinâmicas associadas às altas pressões encontradas nestes reservatórios (acima da pressão crítica do CO2) aproximam a mistura às suas condições críticas durante o processo de extração. Nestas circunstâncias, a razão entre as massas específicas das fases líquido e gás torna-se próxima à unidade, dificultando a modelagem hidrodinâmica do escoamento. Porém, reproduzir estes escoamentos a alta pressão experimentalmente representaria um processo de periculosidade e de alto custo energético. Assim, o presente trabalho avalia a utilização de uma nova mistura a fim de simular a razão de massas específicas próxima a unidade encontrada em condições supercríticas para reduzir as pressões de trabalho durante o estudo do escoamento multifásico. Esta dissertação se propõe a estudar o comportamento das fases do sistema binário formado por um gás de alta densidade hexafluoreto de enxofre (SF6) e óleo mineral, projetando e montando um aparato experimental para a utilização do método sintético na obtenção de dados de equilíbrio de fases. Na presente pesquisa, dados de equilíbrio de fases foram computados para a mistura SF6 e óleo mineral Hydra XP 32 para temperaturas variando entre 10 e 35ºC para diferentes composições globais mássicas (0,05 a 0,25 de SF6). As medidas experimentais das pressões do ponto de bolha foram realizadas empregando-se o método sintético em três diferentes técnicas: visual, acústico e comportamento da curva pressão-volume. O objetivo principal do presente estudo foi o de identificar se a mistura binária poderia ser utilizada como fluido-modelo para simular as condições críticas encontradas nos reservatórios do pré-sal, e caso fosse considerada apta, determinar as pressões máximas de trabalho para manter os escoamentos em um regime bifásico. Os dados produzidos pela pesquisa serão utilizados no projeto de um circuito de escoamento bifásico de alta pressão afim de manter a mistura em condições bifásicas e evitar a formação de uma terceira fase. 2021-08-05T18:33:43Z 2021-08-05T18:33:43Z 2020-12-10 masterThesis MIGUEL JUNIOR, Afonso Ferreira. Caracterização experimental do equilíbrio de fases da mistura de SF6 e óleo mineral. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25669 por openAccess http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR |
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
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Português |
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Gas-liquid two-phase flow occurs in several industrial applications as the oil industry. Distinct hydrodynamic models were and are still being developed along the last few decades in order to predict the flow patterns in pipelines, the pressure drop and the heat and mass transfer coefficients. The flow patterns cannot only vary depending on different geometrical conditions, but also on different thermodynamic conditions, which determine the phase behavior of the oil-gas mixture. High concentrations of carbon dioxide express a current great challenge in the oil extraction industry. The thermodynamic conditions related to the high pressures found in the reservoirs (higher than the CO2 critical pressure) approximate the mixture to its critical pressure during the extraction. This approximation to the critical point makes it difficult to distinguish the two phases and approximates their densities effecting directly the flow patterns in pipelines. Such conditions are difficult to reproduce in laboratory scale, due to not only the great amount of energy, but also to the unsafe settings it needs. Therefore, a new mixture was proposed to emulate this two-phase density approximation using a high-density gas (SF6) and a low-density liquid (mineral oil) in order to reproduce the conditions in lower pressure, and studying its thermodynamic behavior is key to understanding the flow patterns conditions. In the present research, phase equilibrium data of mineral oil Hydra XP 32 and sulfur hexafluoride (SF6) are determined at temperatures between 10 and 35ºC under different mixture concentrations (from 0.05 to 0.25 of SF6). The isothermal synthetic method was used and three different techniques were compared (visual, ultrasonic and pressure-volume observations) to determine mixture bubble points at different temperatures and point out different mixture behaviors. The main goal of this research was to identify if the binary mixture can be used as a model-fluid for simulating the critical highpressure conditions found in the pre-salt reservoirs, and if só, determine the maximum pressure in which the two-phase system will be maintained under different system temperatures. The data produced by this research will be used on the project of a high-pressure flow loop in order to maintain the mixture in a two-phase flow avoiding three-phase state. |
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MIGUEL JUNIOR, Afonso Ferreira. Caracterização experimental do equilíbrio de fases da mistura de SF6 e óleo mineral. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. |
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