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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25934| Título: | Análise do escoamento água, óleo e gás em padrão disperso |
| Título(s) alternativo(s): | Analysis of water, oil and gas flow in dispersed pattern |
| Autor(es): | Stahnke, Carina |
| Orientador(es): | Morales, Rigoberto Eleazar Melgarejo |
| Palavras-chave: | Bolhas (Física) - Dinâmica Flotação Tensão superficial Gôtas - Dinâmica Escoamento multifásico Física - Experiências Métodos de Simulação Modelos matemáticos Bubbles - Dynamics Flotation Surface tension Drops - Dynamics Multiphase flow Physics - Experiment Simulation methods Mathematical models |
| Data do documento: | 2-Jul-2021 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | STAHNKE, Carina. Análise do escoamento água, óleo e gás em padrão disperso. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021. |
| Resumo: | O efeito da inserção de população de bolhas na separação de gotas de óleo finamente dispersas em escoamento de líquido foi investigado experimentalmente e numericamente. A geração de bolhas e gotas de óleo em um escoamento de líquido permitiu a análise da eficiência dos processos de separação offshore (separadores gravitacionais – processamento primário de petróleo), que se mostraram fortemente dependentes das forças hidrodinâmicas e das interações físicas das fases dispersas em escoamentos conduzidos por dissipação viscosa assim como efeitos hidrodinâmicos quando as forças de inércia dominam. Neste contexto, é importante notar que a eficiência do equipamento de flotação pode ser melhorada por uma melhor compreensão das interações entre bolhas e gotas, que também dependem de muitos fatores, ou seja, tamanhos de bolhas e gotas, população e campos de velocidade ao longo do escoamento. Apesar de sua importância, os estudos nesta área são escassos e persiste a falta de informações sobre a física do problema. O objetivo deste estudo é verificar quais desses fenômenos regem a cinemática de separação. Para atingir este objetivo, a técnica de shadowgraph de alta velocidade permitiu a determinação das trajetórias das fases dispersas, diâmetros equivalentes e sua distribuição de velocidades. A simulação numérica permitiu a obtenção de forma complementar ao experimental, a análise de detalhes do escoamento não acessíveis em experimentos físicos, como o escoamento secundário da fase contínua, entre outros. Os experimentos, em contrapartida com as simulações, sugeriram que a presença da população de bolhas aumenta a separação das gotas de óleo do líquido devido ao aumento dos efeitos gravitacionais associados ao escoamento induzido pelo líquido. Além disso, a inserção das bolhas reduziu a circulação aleatória das gotas dentro da coluna de bolhas. Os efeitos de flutuabilidade foram aumentados, levando a um menor tempo de retenção das gotas. Assim, as interações hidrodinâmicas promovidas pela inserção das bolhas governam a separação das gotículas da corrente líquida, levando a um processo de separação aprimorado. |
| Abstract: | The effect of the insertion of a bubble swarm on the separation of finely dispersed oil droplets in a liquid flow was investigated experimentally and numerically. The generation of gas bubbles and oil droplets in a liquid flow allowed the analysis on the efficiency of offshore separation processes (gravitational separators - primary oil processing). Those processes have shown to be strongly dependent on hydrodynamic forces and on the physical interactions of the dispersed phases in flows governed by viscous dissipation as well as hydrodynamic effects when inertia forces dominate. In this context, it is noteworthy that the efficiency of the flotation equipment can be improved by a better understanding of the interactions between bubbles and droplets, which depend on factors such as the bubble and droplet sizes, the population, and velocity fields along runoff. Despite their importance, studies in this field are scarce and a lack of information about the physics of the problem persists. The goal of this study is to ascertain which of these phenomena govern the separation kinematics. To achieve this objective, the high-speed shadowgraph technique was used to determine the trajectories of the dispersed phases, equivalent diameters, and their rising velocity. The numerical simulation, by its turn, complemented the experimental work, allowing the analysis of flow details not supplied by the lab experiments, such as the secondary flow of the continuous phase, among others. The experiments, in contrast to the simulations, suggested that the presence of the bubble swarm enhances the separation of the oil droplets from the liquid because of the increased gravitational effects associated to the liquid-induced flow. Furthermore, the insertion of the bubbles reduced the random circulation of the droplets inside the bubble column. Buoyancy effects were increased, leading to a smaller retention time of the droplets. Thence, the hydrodynamic interactions promoted by the insertion of the bubbles govern the separation of droplets from the liquid stream, leading to an enhanced separation process. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/25934 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais |
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