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Estudo experimental do escoamento trifásico sólido-líquido-gás em golfadas em dutos horizontais

The formation and agglomeration of solid precipitations along the oil and gas production lines represents one of the hardest challenges in the flow assurance area. Among the precipitations that can be formed along the line, are hydrates, whose fast agglomeration process is critical, causing the flow...

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Autor principal:	Cavalli, Stella Cristina Pinto
Formato:	Dissertação
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:	Escoamento Gás natural Hidratos Bolhas (Física) - Dinâmica Runoff Natural gas Hydrates Bubbles - Dynamics CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS Engenharia Mecânica
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5235
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id	riut-1-5235
recordtype	dspace
spelling	riut-1-52352020-10-17T06:01:06Z Estudo experimental do escoamento trifásico sólido-líquido-gás em golfadas em dutos horizontais Experimental study of horizontal three-phase solid-liquid-gas slug flow Cavalli, Stella Cristina Pinto Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar https://orcid.org/0000-0003-3297-7361 http://lattes.cnpq.br/5156573817670917 Marcelino Neto, Moisés Alves https://orcid.org/0000-0001-5492-6640 http://lattes.cnpq.br/2071333457212415 Castro, Marcelo Souza de http://orcid.org/0000-0001-9797-9144 http://lattes.cnpq.br/2241341614468800 Santos, Paulo Henrique Dias dos http://lattes.cnpq.br/5701155189630566 Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar https://orcid.org/0000-0003-3297-7361 http://lattes.cnpq.br/5156573817670917 Escoamento Gás natural Hidratos Bolhas (Física) - Dinâmica Runoff Natural gas Hydrates Bubbles - Dynamics CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS Engenharia Mecânica The formation and agglomeration of solid precipitations along the oil and gas production lines represents one of the hardest challenges in the flow assurance area. Among the precipitations that can be formed along the line, are hydrates, whose fast agglomeration process is critical, causing the flow reduction, the pressure drop increase and eventually pipelines obstruction. In order to prevent these problems, one of the alternatives is the usage of anti-agglomerants, which allow the hydrates to flow as solid particles dispersed in the liquid phase. Despite the method is widely used in the industry, not much is known about how the presence of dispersed hydrates affects the slug flow dynamics. In order to study this influence, in the present work an experimental study was carried out on the three-phase solid-liquidgas slug flow. Polymeric particles, with density (937 kg/m3) similar to hydrates, were used to simulate the behavior of these solid precipitations in the flow. Four different particle diameters (100 µm, 200 µm, 300 µm and 400 µm) and three volumetric concentrations (1%, 2.5% and 5%) were studied. The fluids used were water and air at room temperature and atmospheric pressure at the pipe outlet. The slug flow parameters, such as elongated bubble velocity, bubble and slug lengths and frequency, were monitored using non-intrusive resistive sensors specially designed for the flow with particles. For qualitative analysis, images were obtained using a high-speed camera, and through them, it is possible to notice that the particles distribution along the unit cell is highly dependent on the liquid flow rate. When the liquid flow rate is high, the particles are distributed homogeneously, and they mainly affect the interfacial tension of the flow. On the other hand, when the liquid flow is low, the particles tend to accumulate in the slug region, causing the flow to behave more viscously. These two effects explain the results obtained in the quantitative analysis: for flows with higher apparent viscosity, there is an increase of the elongated bubble velocity, and for flows dominated by the increase of interfacial tension, the elongated bubble velocity tends to decrease. Both effects tend to decrease the lengths of bubbles and slugs, however for some points they increase, because the particles affect the slug formation process. The frequency is a result of variations in the bubble velocity and lengths. Finally, it is possible to notice that particles do not affect the pressure drop in a significant way. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Petróleo Brasileiro (Petrobrás) A formação e aglomeração de precipitações sólidas ao longo das linhas de produção de óleo e gás representa um dos grandes desafios da área de garantia de escoamento. Entre as precipitações que podem se formar ao longo da linha estão os hidratos, que são críticos pois podem se aglomerar rapidamente. Para contornar esse problema, uma das alternativas existentes é o uso de antiaglomerantes, que permitem que os hidratos escoem como partículas sólidas dispersas na fase líquida. Apesar desse método ser amplamente utilizado na indústria, pouco se sabe sobre como a presença dos hidratos dispersos afeta a dinâmica do escoamento em golfadas. A fim de analisar essa influência, no presente trabalho foi realizado um estudo experimental sobre o escoamento trifásico sólido-líquido-gás. Foram utilizadas partículas poliméricas, com massa específica (937 kg/m3) semelhante à dos hidratos, para simular o comportamento dessas precipitações sólidas no escoamento. Foram estudados quatro diferentes diâmetros de partículas (100 µm, 200 µm, 300 µm e 400 µm), e três concentrações volumétricas (1%; 2,5% e 5%). Os fluidos utilizados foram água e ar a temperatura ambiente e pressão atmosférica na saída da tubulação. Os parâmetros do escoamento em golfadas foram monitorados utilizando sensores resistivos desenvolvidos especialmente para o escoamento com partículas, pois são não-intrusivos. Para análises qualitativas, imagens foram obtidas através de uma câmera de alta taxa de aquisição de imagens. Através das análises, percebe-se que a distribuição das partículas ao longo da célula unitária é altamente dependente da vazão de líquido. Se a vazão de líquido é alta, as partículas se distribuem de maneira homogênea, e afetam principalmente a tensão interfacial do escoamento. Já se a vazão de líquido é baixa, as partículas tendem a se acumular na região do pistão, e por isso o escoamento se comporta de maneira mais viscosa. Esses dois efeitos explicam os resultados obtidos na análise quantitativa: para os escoamentos com maiores viscosidades aparentes há aumento da velocidade da bolha, e para os escoamentos dominados pelo aumento da tensão interfacial, a velocidade da bolha tende a diminuir. Ambos os efeitos tendem a diminuir os comprimentos de bolhas e pistões, porém alguns pontos apresentam aumentos, porque as partículas afetam o processo de formação das golfadas. A frequência é um resultado das variações na velocidade da bolha e nos comprimentos. Por fim, analisando-se a queda de pressão, percebe-se que as partículas não a alteram de maneira significativa. 2020-10-16T13:29:19Z 2020-10-16T13:29:19Z 2020-07-03 masterThesis CAVALLI, Stella Cristina Pinto. Estudo experimental do escoamento trifásico sólido-líquido-gás em golfadas em dutos horizontais. 2020. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5235 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Curitiba Brasil Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais UTFPR
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description	The formation and agglomeration of solid precipitations along the oil and gas production lines represents one of the hardest challenges in the flow assurance area. Among the precipitations that can be formed along the line, are hydrates, whose fast agglomeration process is critical, causing the flow reduction, the pressure drop increase and eventually pipelines obstruction. In order to prevent these problems, one of the alternatives is the usage of anti-agglomerants, which allow the hydrates to flow as solid particles dispersed in the liquid phase. Despite the method is widely used in the industry, not much is known about how the presence of dispersed hydrates affects the slug flow dynamics. In order to study this influence, in the present work an experimental study was carried out on the three-phase solid-liquidgas slug flow. Polymeric particles, with density (937 kg/m3) similar to hydrates, were used to simulate the behavior of these solid precipitations in the flow. Four different particle diameters (100 µm, 200 µm, 300 µm and 400 µm) and three volumetric concentrations (1%, 2.5% and 5%) were studied. The fluids used were water and air at room temperature and atmospheric pressure at the pipe outlet. The slug flow parameters, such as elongated bubble velocity, bubble and slug lengths and frequency, were monitored using non-intrusive resistive sensors specially designed for the flow with particles. For qualitative analysis, images were obtained using a high-speed camera, and through them, it is possible to notice that the particles distribution along the unit cell is highly dependent on the liquid flow rate. When the liquid flow rate is high, the particles are distributed homogeneously, and they mainly affect the interfacial tension of the flow. On the other hand, when the liquid flow is low, the particles tend to accumulate in the slug region, causing the flow to behave more viscously. These two effects explain the results obtained in the quantitative analysis: for flows with higher apparent viscosity, there is an increase of the elongated bubble velocity, and for flows dominated by the increase of interfacial tension, the elongated bubble velocity tends to decrease. Both effects tend to decrease the lengths of bubbles and slugs, however for some points they increase, because the particles affect the slug formation process. The frequency is a result of variations in the bubble velocity and lengths. Finally, it is possible to notice that particles do not affect the pressure drop in a significant way.
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Estudo experimental do escoamento trifásico sólido-líquido-gás em golfadas em dutos horizontais

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