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Título: Desenvolvimento de um sistema de geração de bolhas para estudos de escoamento bifásico
Título(s) alternativo(s): Development of a bubble generation system for two phase flow studies
Autor(es): Wojcik, Mariane
Orientador(es): Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar
Palavras-chave: Bolhas (Física)
Escoamento bifásico
Flotação
Engenharia de protótipos
Software - Desenvolvimento
Bubbles
Two-phase flow
Flotation
Prototypes, Engineering
Computer software - Development
Data do documento: 16-Dez-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: WOJCIK, Mariane. Desenvolvimento de um sistema de geração de bolhas para estudos de escoamento bifásico. 2019. Trabalho de Conclusão de Curso (Tecnologia em Mecatrônica Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2019.
Resumo: Bolhas de tamanho reduzido são empregadas em vários processos industriais, em especial, envolvendo operações de extração, transporte e refino de petróleo. O petróleo é um óleo viscoso utilizado mundialmente, de modo amplo em várias aplicações, tendo a acarretar vários estudos em suas etapas produtivas, dentre elas, a parte de escoamento bifásico. A principal forma de apresentação do escoamento bifásico se controverte à forma líquido-gás, onde ocasiona a formação de bolhas de ar apresentadas em diversas formas e tamanhos. Essas bolhas tendem a influenciar o modo e a qualidade do escoamento do líquido viscoso. Outra parte no processo produtivo do petróleo com amplo aplicabilidade de bolhas de tamanho micro é a extração do petróleo. Nessa etapa primária de produção, ocorre uma acentuada formação de água oriunda do processo de injeção de poços. Essa água inclusive é necessária ao processo de retirada do petróleo do subsolo, no entanto, posterior a extração é necessário a separação do óleo da água. Existe várias técnicas utilizadas para a separação desses dois fluidos. Uma das mais utilizadas é a flotação, a qual consiste na aderência de microbolhas nas partículas oleosas, possibilitando a sua flutuação e consequente separação de óleo da água. O NUEM – Núcleo de Escoamentos Multifásicos, localizado na Universidade Tecnológica Federal do Paraná, desenvolve várias pesquisas fomentadas na utilização de microbolhas com o objetivo de melhorar a eficiência na exploração e produção do petróleo. Existe no meio comercial, equipamentos voltados a produzir microbolhas de tamanhos controláveis, entretanto esses têm um alto valor de aquisição e demandam burocracias de importação. Nesse contexto, o presente trabalho é voltado no intuito de projetar, fabricar e montar um protótipo funcional de um sistema de geração de bolhas de tamanho controlável, comandado por software desenvolvido em plataforma de programação própria ao segmento. Posterior ao desenvolvimento do equipamento, é realizado diversos ensaios experimentais utilizando uma câmera de alta taxa de aquisição de imagens. Para o processamento das imagens capturadas é desenvolvido um código lógico no software de cálculo numérico Matlab, pelo qual, subsequente acontece a extração de dados referentes às bolhas geradas. É efetuado a análise dos resultados obtidos em consideração ao tamanho das bolhas geradas e as parametrizações mais ideais para a formação de microbolhas com o objetivo de confirmar a efetividade do equipamento.
Abstract: Reduced size bubbles are applied in various industrial processes, in particular involving oil extraction, transport and refining operations. Petroleum is a viscous oil used worldwide, widely used in various applications, generating several studies in its productive stages, as in the two phase flow part. The main presentation of the twophase flow contrasts with the liquid-gas form, where air bubbles appear in various shapes and sizes. These bubbles tend to influence the mode and quality of viscous liquid flow. Another part of the oil production process with wide applicability of micro size bubbles is the extraction of oil. In this primary stage of production, there is a marked formation of water from the well injection process. This water is even necessary for the process of removing oil from the ground, however, after extraction is necessary the separation of oil from water. There are several techniques used to separate these two fluids. One of the most used is flotation, which consists of the adherence of microbubbles in the oil particles, allowing their flotation and consequent separation of oil from water. The NUEM – Multiphase Flow Research Center, located at the Federal University of Technology – Paraná, develops several researches promoted in the use of microbubbles in order to improve the efficiency in the exploration and production of the oil. In the commercial environment, there is equipment aimed at producing controllable microbubbles, however they have a high acquisition value and demand import bureaucracies. In this context, the present work is aimed at designing, manufacturing and assembling a functional prototype of a controllable size bubble generation system, controlled by software developed in a segment-specific programming platform. Subsequent to the development of the equipment, several experimental tests are performed using a high rate image acquisition camera. For the processing of the capture images, a logic code is developed in the Matlab numerical calculation software, whereby subsequent extraction of data related to the generated bubbles occurs. The results obtained are analyzed considering the size of the bubbles generated and the most ideal parameters for the formation of microbubbles in order to measure the effectiveness of the equipment.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/34928
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