Use este identificador para citar ou linkar para este item:
http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40158| Título: | Avaliação térmica de motores de bombas centrífugas submersas empregando sensoriamento óptico distribuído |
| Título(s) alternativo(s): | Thermal evaluation of eletric submersible centrifugal pump motors using distributed optical sensing |
| Autor(es): | Torelli, Gabriel de Andrade |
| Orientador(es): | Silva, Jean Carlos Cardozo da |
| Palavras-chave: | Bombas centrífugas Detectores ópticos Raman, Efeito Sensoriamento remoto Controle de temperatura - Medição Fluidodinâmica computacional Calor - Transmissão - Simulação por computador Centrifugal pumps Optical detectors Raman effect Remote sensing Temperature control - Measurement Computational fluid dynamics Heat - Transmission - Computer simulation |
| Data do documento: | 31-Mar-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | TORELLI, Gabriel de Andrade. Avaliação térmica de motores de bombas centrífugas submersas empregando sensoriamento óptico distribuído. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026. |
| Resumo: | Motores de Bombas Centrífugas Submersas (BCS) são componentes fundamentais na elevação artificial de petróleo e operam em ambientes severos, nos quais o desempenho térmico condiciona a confiabilidade e a vida útil do equipamento. O aquecimento do estator, resultante das perdas elétricas e sujeito ao regime de troca térmica com o escoamento na região anular, pode acelerar a degradação do sistema de isolamento e desencadear falhas prematuras com impactos operacionais e econômicos relevantes. Este estudo investiga uma abordagem de mapeamento térmico distribuído em motores de BCS por meio de sensoriamento de temperatura baseado em espalhamento Raman em fibra óptica, com o objetivo de superar a limitação de medições pontuais adotadas em campo e obter perfis de temperatura ao longo de diferentes regiões do motor. O método fundamenta-se na razão entre as componentes Raman Stokes e anti-Stokes do sinal retroespalhado, enquanto a posição ao longo do motor é inferida a partir do tempo de voo do pulso óptico, permitindo reconstruir a temperatura ao longo da fibra instalada. Dois motores submersos foram instrumentados utilizando uma fibra óptica contínua, posicionada de modo a percorrer trechos representativos das regiões externas e internas, e ensaiados sob variação controlada da vazão do fluido no anular e da frequência de alimentação. Os resultados evidenciaram perfis térmicos com valores máximos concentrados na região superior do motor, além de redução das temperaturas médias com o aumento da vazão. Para aprofundar a interpretação física dos mecanismos de transferência de calor e estender a análise a regiões do motor não acessíveis pela instrumentação, como rotor e entreferro, foram realizadas simulações numéricas em dinâmica dos fluidos computacional, obtendo-se boa concordância entre os padrões térmicos simulados e os perfis medidos experimentalmente. Conclui-se que a técnica de sensoriamento distribuído por fibra óptica se mostra promissora para o monitoramento térmico de motores de BCS, fornecendo subsídios para calibração de modelos e suporte à operação com base em perfis de temperatura, com potencial para identificar falhas prematuramente e aumentar a confiabilidade operacional desses sistemas. |
| Abstract: | Electric Submersible Pump (ESP) motors are fundamental components in artificial lift systems for oil production and operate in harsh environments in which thermal performance governs equipment reliability and service life. Stator heating, arising from electrical losses and influenced by the heat-transfer regime associated with annular flow, can accelerate insulation-system degradation and trigger premature failures with significant operational and economic consequences. This study investigates a distributed thermal-mapping approach for ESP motors using fiber-optic temperature sensing based on Raman scattering, aiming to overcome the limitations of point measurements typically employed in field applications and to obtain temperature profiles across different motor regions. The method relies on the ratio between the Raman Stokes and anti-Stokes components of the backscattered signal, while the position along the motor is inferred from the optical pulse time of flight, enabling temperature reconstruction along the installed fiber. Two submersible motors were instrumented with a continuous optical fiber routed through representative external and internal regions and tested under controlled variations of annular-flow rate and supply frequency. The results revealed thermal profiles with peak temperatures concentrated in the upper portion of the motor, as well as a reduction in mean temperatures with increasing flow rate. To deepen the physical interpretation of heat-transfer mechanisms and extend the analysis to motor regions not accessible to instrumentation, such as the rotor and the air gap, computational fluid dynamics simulations were performed, yielding good agreement between simulated thermal patterns and experimentally measured profiles. It is concluded that fiber-optic distributed temperature sensing is a promising technique for thermal monitoring of ESP motors, providing support for model calibration and operational decision-making based on temperature profiles, with the potential to enable early fault identification and improve the operational reliability of these systems. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40158 |
| Aparece nas coleções: | CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| avaliacaotermicamotoresbombas.pdf | 7,57 MB | Adobe PDF |  Visualizar/Abrir |
Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons
