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Título: Estudo experimental e numérico da utilização do método de flushing no deslocamento de fluidos miscíveis em um duto horizontal
Título(s) alternativo(s): Experimental and numerical study of the flushing method in the displacement of miscible fluids in a horizontal pipe
Autor(es): Santos, Murilo Henrique Almeida
Orientador(es): Melgarejo Morales, Rigoberto Eleazar
Palavras-chave: Escoamento multifásico
Hidratos
Fluidodinâmica computacional - Aplicações industriais
Oleodutos de petróleo - Manutenção e reparos
Viscosidade
Simulação (Computadores)
Multiphase flow
Hydrates
Computational fluid dynamics - Industrial applications
Petroleum pipelines - Maintenance and repair
Viscosity
Computer simulation
Data do documento: 26-Jan-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: SANTOS, Murilo Henrique Almeida. Estudo experimental e numérico da utilização do método de flushing no deslocamento de fluidos miscíveis em um duto horizontal. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026.
Resumo: A crescente dependência da produção de petróleo em águas profundas tem intensificado os desafios operacionais em Garantia de Escoamento (Flow Assurance), particularmente no gerenciamento de hidratos. Embora o método de flushing seja amplamente adotado para mitigação de obstruções e comissionamento de dutos, persistem lacunas críticas quanto à sua eficiência hidrodinâmica e à definição de volumes ótimos para aplicações industriais. Esta pesquisa investiga sistematicamente o flushing líquido-líquido miscível em dutos horizontais através da abordagem integrada, combinando experimentação física e modelagem computacional. Utilizando misturas de água-glicerol para mimetizar o comportamento de inibidores termodinâmicos, o estudo caracteriza a dinâmica das velocidades de frente e traseira do escoamento e a evolução da zona de mistura (𝐿𝑚𝑖𝑥) em função da viscosidade e da velocidade de injeção. A modelagem numérica via Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), utilizando o software Ansys CFX®, foi validada com dados experimentais obtidos através do circuito de escoamento de 26 𝑚𝑚 de diâmetro, com medições de fração volumétrica via sensores resistivos. Os resultados identificam um limiar crítico de velocidade de 0,3 𝑚/𝑠, abaixo do qual a eficiência do flushing sofre severa degradação devido à dominância gravitacional (𝐹𝑟 < 2,0). Observou-se que em velocidades elevadas (≥ 0,5 𝑚/𝑠) o escoamento aproxima-se do padrão de pistão (plug flow), enquanto em baixas velocidades (0,2 𝑚/𝑠) ocorre o estiramento da interface que amplia a zona de mistura para valores superiores a 14 𝑚. Ao incorporar as velocidades de frente e traseira, a metodologia baseada no 𝐿𝑚𝑖𝑥 demonstrou ser mais conservativa e robusta, estimando volumes de injeção entre 22% e 27% superiores aos métodos convencionais em regimes de baixa energia. Este trabalho fornece diretrizes fundamentais para a otimização de operações offshore, estabelecendo critérios objetivos para a redução de custos e garantia da integridade operacional.
Abstract: The increasing reliance on deepwater oil production has intensified operational challenges in Flow Assurance, particularly in hydrate management. Although the flushing method is widely adopted for obstruction mitigation and pipeline commissioning, critical gaps remain regarding its hydrodynamic efficiency and the definition of optimal volumes for industrial applications. This research systematically investigates miscible liquid-liquid flushing in horizontal pipes through an integrated approach, combining physical experimentation and computational modeling. Using water-glycerin mixtures to mimic the behavior of thermodynamic inhibitors, the study characterizes the dynamics of flow front and trailing edge velocities and the evolution of the mixing zone (𝐿𝑚𝑖𝑥) as a function of viscosity and injection velocity. Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling, using Ansys CFX® software, was validated with experimental data obtained from a 26 𝑚𝑚 diameter flow loop, with volumetric fraction measurements via resistive sensors. The results identify a critical velocity threshold of 0.3 𝑚/𝑠, below which flushing efficiency undergoes severe degradation due to gravitational dominance (𝐹𝑟 < 2,0). It was observed that at high velocities (≥ 0,5 𝑚/𝑠) the flow approaches a plug flow pattern, while at low velocities (0.2 𝑚/𝑠) interface stretching occurs, expanding the mixing zone to values exceeding 14 𝑚. By incorporating front and trailing edge velocities, the 𝐿𝑚𝑖𝑥-based methodology proved to be more conservative and robust, estimating injection volumes between 22% and 27% higher than conventional methods in low-energy regimes. This work provides fundamental guidelines for the optimization of offshore operations, establishing objective criteria for cost reduction and operational integrity assurance.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40102
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