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Título: Estudo numérico do escoamento bifásico líquido-gás em uma bomba centrífuga submersa
Autor(es): Dunaiski, Rafael
Orientador(es): Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo
Palavras-chave: Bombas centrífugas
Escoamento multifásico
Métodos de simulação
Centrifugal pumps
Multiphase flow
Simulation methods
Data do documento: 26-Abr-2013
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: DUNAISKI, Rafael. Estudo numérico do escoamento bifásico líquido-gás em uma bomba centrífuga submersa. 2013. 84 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013.
Resumo: Na indústria do petróleo frequentemente se faz necessário o uso de métodos de elevação artificial. Um dos principais métodos de elevação artificial é a utilização de bombas centrífugas submersas (BCS), sistema no qual uma sequência de estágios de rotor e difusor de bomba centrífuga adiciona energia ao fluido promovendo incremento de pressão. No entanto o escoamento é multifásico, sendo que para propósitos de estudo este escoamento pode ser reduzido a bifásico com uma fase líquida e uma gasosa. Este é um desafio que se apresenta para a utilização de BCS visto que a bomba centrífuga não é projetada para operar na presença da fase gasosa. Alguns inconvenientes incorrem deste fato, como a diminuição da eficiência do sistema e o aparecimento do fenômeno de surging, onde o acúmulo de gás leva a uma queda abrupta do incremento de pressão fornecido pelo rotor. É de fundamental importância então para a indústria do petróleo o estudo destes fenômenos e como os mesmos afetam o funcionamento do sistema. Existem diversas abordagens para o estudo deste tipo de escoamento, sendo que neste trabalho é adotada a simulação numérica utilizando o programa de dinâmica dos fluidos computacional ANSYS-CFX. A partir da geometria de uma BCS Reda GN- 7000 em CAD são geradas malhas computacionais que são utilizadas para realizar a simulação numérica do escoamento. Com estes resultados numéricos são levantadas as curvas de desempenho e de eficiência da bomba e também são apresentados os campos de escoamento e de pressão. É então realizada uma análise da influência da fase gasosa no escoamento na BCS.
Abstract: In the petroleum industry, artificial lifting methods are often necessary to increase the production of old oil wells. One of the most used artificial lifting methods is the electric submersible pump (ESP). ESPs are composed by several stages of impellers and diffusers that add energy to the fluid, increasing its pressure. They generally operate under multiphase flow conditions, commonly characterized by a gaseous phase and other liquid phases. This is a challenge in the use of ESPs because such equipment is not designed to operate under the presence of the gas. Therefore some inconvenient operational conditions occur from this fact. It is observed a diminution of the system performance and an abrupt drop on the pressure gain provided by the pump. This phenomenon is called surging. Moreover, ESPs systems are also subject to a significant restriction on the optimal pump operational range when handling multiphase flows. There are several approaches to study this problem. In this work, it is considered a numerical approach using computational fluid dynamics with the aid of the commercial software ANSYS-CFX. From a computational design of the geometry of an ESP Reda GN-7000, a numerical mesh is generated and used to perform the numerical simulations. In possession of the numerical results, flow fields and performance curves are obtained. It is then carried out an analysis of how the gas phase affects the flow.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/10335
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