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Título: Simulação numérica do escoamento bifásico de líquido-gás no Interior de um rotor de uma bomba centrífuga radial
Título(s) alternativo(s): Numerical simulation of two-phase gas-liquid in a radisl centrifugal pump rotor
Autor(es): Prohmann, Pamella Roman
Orientador(es): Morales, Rigoberto Elezar Melgarejo
Palavras-chave: Bombas centrífugas
Escoamento bifásico
Métodos de simulação
Dinâmica dos fluidos
Engenharia mecânica
Centrifugal pumps
Two-phase flow
Simulation methods
Fluid dynamics
Mechanical engineering
Data do documento: 5-Jul-2017
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Referência: PROHMANN, Pamella Roman. Simulação numérica do escoamento bifásico de líquido-gás no Interior de um rotor de uma bomba centrífuga radial. 2017. 91 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal Tecnológica do Paraná, Curitiba, 2017.
Resumo: Na indústria do petróleo é comum o uso de bombas centrífugas submersas como uma técnica de elevação artificial, seja para aumentar a produção ou para possibilitar a produção em poços não surgentes. Todavia, a presença de gás no fluido bombeado pode causar grande influência no desempenho da bomba, que é diretamente relacionado ao ganho de pressão e a capacidade da bomba em elevar o fluido. Uma deterioração dessa capacidade, na prática, se traduz em uma queda na produção de petróleo, resultando em perdas econômicas. No entanto, os fenômenos que levam bombas centrífugas a terem seu desempenho degradado quando operando com escoamentos bifásicos são ainda pouco compreendidos. Trabalhos existentes na literatura contam, em sua grande maioria, apenas com abordagens experimentais. Estudos por métodos numéricos são raramente encontrados, e os existentes são muito simplificados e pouco conclusivos. Nesse contexto, o presente trabalho propõe um estudo numérico, através de um programa de Dinâmica dos Fluidos Computacional ANSYS-CFX 17.2 (ANSYS, 2016), do escoamento bifásico líquido-gás no interior de um rotor de uma bomba centrífuga radial. A partir dos resultados numéricos, foi avaliado o desempenho do rotor em função de diversas variáveis, como as vazões de líquido e gás, a fração volumétrica de gás e o diâmetro da bolha de gás. Foi também investigada a dinâmica do líquido e do gás no interior do rotor, para compreender os fenômenos que levam à queda de desempenho quando uma bomba opera com escoamento bifásico. Para o desenvolvimento desse trabalho foram avaliados linhas de corrente, campos de velocidade, distribuição da fase gasosa e o comportamento do triângulo de velocidades, além das condições de funcionamento da bomba. Sendo assim, esse projeto contribui para a literatura da área de forma a agregar conhecimento sobre o escoamento bifásico no interior de um rotor de uma bomba centrífuga submersa.
Abstract: In the petroleum industry it is common the usage of electric submersible pumps as a technique of artificial lift to increase the production or to enable the production in non-natural flowing wells. However, the presence of gas in the pumped fluid may negatively influence the pump performance, which is directly related to the ability of the pump to increase pressure. In practice, the deterioration of this capacity causes a decrease on the petroleum production, which means economic loss. Nevertheless, the phenomena that cause performance degradation of centrifugal pumps under gas-liquid flows are poorly understood. The works from literature on this topic majorly rely on experimental methods. Studies with numerical methods are rarely found, while the ones that exists are simplified or not conclusive. In this context, the present work proposes a numerical study of the two-phase gas-liquid flow in a radial centrifugal pump rotor using the Computational Fluid Dynamics program ANSYS-CFX 17.2 (ANSYS, 2016). The rotor performance is evaluated as a function of several variables, such as the liquid and gas flow rates, the gas volume fraction and the gas bubble diameter. It was also investigated the dynamic of the liquid and the gas phases inside the rotor, in order to understand the phenomena that cause the decrease of the pump performance when operating with two-phase flows. Streamlines, velocity fields, gas phase distribution contours and the behavior of the velocity triangles are also examined for several operating conditions. This project contributes to the literature in this area as it adds knowledge about the two-phase flow in centrifugal pump rotors.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/9388
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