Simulação computacional do escoamento em bombas de cavidades progressivas

AUTOR(ES)

Paulo Alison Sousa Pessoa

DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

O uso de bombas de cavidades progressivas (BCP) para elevação artificial de petróleo em poços de baixa a média profundidade está se tornando mais comum na indústria do petróleo devido, dentre outras características, à sua habilidade de bombear óleos pesados, produzir óleo com grandes concentrações de partículas sólidas, e tolerar grandes frações de gás livre. Além disso, apresenta alta eficiência, quando comparado a outros sistemas de elevação artificial. Apesar de este sistema ser bastante utilizado na elevação de óleo, poucas investigações acerca do seu comportamento hidrodinâmico podem ser encontradas na literatura. Desta forma, devido à necessidade de obter um maior domínio do comportamento operacional da BCP, este trabalho apresenta um novo modelo computacional para escoamento 3-D transiente em bombas de cavidades progressivas, utilizando o método dos volumes finitos baseado em elementos, no qual se inclui o movimento relativo entre o rotor e o estator. O modelo desenvolvido é capaz de predizer com exatidão parâmetros operacionais, como eficiência volumétrica e perdas viscosas, assim como fornecer informações detalhadas dos campos de pressão e velocidade no interior da bomba. Para tornar possível o estudo com BCPs bombeando fluidos de baixa viscosidade, foram utilizados modelos de turbulência avançados para tratar adequadamente os efeitos turbulentos no escoamento, os quais permitiram obter informações coerentes com a literatura do comportamento da BCP em resultados experimentais. Além do modelo tridimensional, este trabalho apresenta um modelo simplificado baseado em um balanço de massa entre as cavidades e na simplificação das equações do movimento para escoamento completamente desenvolvido ao longo das linhas de selo entre as cavidades. O modelo simplificado, baseado em abordagens já utilizadas para este tipo de bomba, tem capacidade de predizer valores de vazão para um dado diferencial de pressão, apresentando exatidão e requerendo pouco trabalho de CPU, tornando-se uma ferramenta de engenharia de uso fácil, permitindo respostas numéricas aproximadas em tempo-real. Os resultados apresentados neste trabalho consideraram uma BCP de estator rígido e os modelos apresentados foram validados com resultados experimentais da literatura. Os resultados para o modelo tridimensional mostraram-se sensíveis ao tamanho da malha, de maneira que um estudo de refinamento de malha é apresentado. Já no modelo simplificado foram introduzidos alguns melhoramentos no cálculo do fator de atrito permitindo a aplicação para fluidos de baixa viscosidade, o que não era possível em modelos similares apresentados em trabalhos anteriores

ASSUNTO(S)

simulação computacional pcp engenharia mecanica ebfvm ebfvm escoamento 3d-t computational simulation 3d-t flow bcp

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