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Controle de bombas centrífugas submersíveis em escoamento bifásico líquido-líquido

Processo: 19/10249-2
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de julho de 2019
Vigência (Término): 30 de junho de 2022
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
Convênio/Acordo: Equinor (antiga Statoil)
Pesquisador responsável:Alberto Luiz Serpa
Beneficiário:Mauricio Barrios Castellanos
Instituição-sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:17/15736-3 - Centro de Pesquisa em Engenharia em Reservatórios e Gerenciamento de Produção de Petróleo, AP.PCPE
Assunto(s):Escoamento bifásico   Sistemas de controle   Bombas centrífugas

Resumo

As Bombas Centrífugas Submersíveis (BCS) são bombas centrífugas de múltiplos estágios,usadas na indústria do petróleo como uma tecnologia de elevação artificial. Estesequipamentos operam submersos e são encarregados de fornecer a energia requerida paratransportar o fluido até a superfície. Este fluido pode ser uma mistura de óleo, gás, água eareia. Quando essa mistura é constituída por água e óleo tem-se o caso de escoamentobifásico líquido-líquido. As BCS submetidas a este tipo de escoamento são propensas a formaremulsões e padrões de escoamento intermitentes que podem causar mudanças grandes decomportamento, chamadas aqui de danos operacionais, tais como instabilidades do processo,diminuição da vazão e mudanças significativas da viscosidade do fluido, levando a umasituação mais crítica de parada total do sistema. Portanto, é importante um sistema decontrole da bomba que seja capaz de manter as condições operacionais dentro de faixasconsideradas adequadas.Os métodos de controle mais usuais são baseados em uma adequada representação dosistema. As representações das BCS sob escoamento líquido-líquido apresentam diversasincertezas que fazem necessária a implementação de estratégias mais robustas de controle.Além disso, a presença de danos operacionais requer mudanças nas condições de operaçãoprocurando-se manter o desempenho do sistema de bombeamento. Atualmente, os métodosde controle mais difundidos nesse tipo de problema são baseados no controle de vazão,pressão e rotação usando controladores clássicos do tipo proporcional integral derivativo(PID).Devido ao fato de que o modelo possui incertezas e em função das mudanças significativas dosistema, em muitas situações é necessário mudar a condição de operação, sendo adequadousar estratégias de Controle Ativo Tolerante a Danos (Damage Tolerant Active Control - DTAC).Este conceito consiste no uso de sinais monitorados, como por exemplo, vibrações,temperatura, pressão e vazão, para a identificação de danos operacionais, e posteriormentealterar a operação do sistema para um ponto considerado adequado.O objetivo deste projeto de pesquisa é propor e implementar estratégias de controle tolerantea danos em sistemas de BCS submetidos a escoamentos líquido-líquido. Essas estratégiasdevem ser capazes de tolerar as instabilidades operacionais devido à possível formação depadrões de escoamento não desejados e emulsões, conseguindo mudar o ponto de operaçãopara um desempenho adequado do sistema de bombeio. Para este fim, é proposta umaverificação experimental em bancada baseada no monitoramento da condição de uma bombacentrífuga submersível sujeita à escoamento líquido-líquido, em diferentes condições deoperação, considerando diferentes padrões de escoamento e formação de emulsões, efinalmente, avaliando o desempenho dos controladores projetados.