Controle de bombas centrífugas submersíveis em escoamento bifásico líquido-líquido

Autor(es)

Mauricio Barrios Castellanos

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2024-04-01

Membros da banca

Alberto Luiz Serpa; Janito Vaqueiro Ferreira; William Monte Verde; Oscar Mauricio Hernandez Rodriguez; Idelfonso Bessa dos Reis Nogueira

• Orientador: Alberto Luiz Serpa; Jorge Luiz Biazussi

Resumo

As Bombas Centrífugas Submersíveis (BCSs) são amplamente utilizadas como método de elevação artificial. As BCSs podem operar sob condições operacionais severas, tais como abrasão, escoamentos de alta viscosidade e escoamentos multifásicos de gás, óleo e água. Quando as fases predominantes são água e óleo, o escoamento é considerado bifásico líquido-líquido. Estas misturas podem se apresentar na forma de emulsões causando instabilidades operacionais devido às mudanças de viscosidade efetiva e massa específica da emulsão. Estratégias de controle capazes de manter uma operação estável das bombas submetidas a escoamentos líquido-líquido são necessárias. Este trabalho propõe implementar a abordagem de Controle Ativo Tolerante a Danos (CATD) que possa tolerar as instabilidades produzidas pelas variações nas propriedades da mistura. Para esse fim foi proposto um Controle Preditivo baseado em Modelo ("Model Predictive Control" - MPC). O modelo proposto consiste em um Modelo Não Linear ("Non-Linear Model" - NLM) em regime estacionário acoplado e um Modelo de Espaço de Estados ("State Space Model" - SSM) linear, com monitoramento das variações de viscosidade efetiva e massa específica da emulsão baseado no monitoramento de vibrações. A metodologia proposta envolve a realização de experimentos em BCSs operando com uma mistura bifásica água-óleo, reproduzindo o comportamento das BCSs operando com emulsão tanto em regime estacionário quanto em regime transitório. A modelagem em estado estacionário das BCS e dos componentes do sistema foi realizada usando um NLM. A modelagem transiente do sistema foi feita por meio de um SSM linear. O monitoramento das propriedades do fluido foi feito mediante a medição das Vibrações Induzidas pelo Escoamento ("Fluid Induced Vibration" - FIV) e implementando Redes Neurais Artificiais ("Artificial Neural Networks" - ANN). A estratégia de controle foi testada mediante simulações computacionais e na bancada experimental em BCSs operando com emulsões, apresentando erro em estado estável em torno de 5%, e tempos de estabilização em torno de 150 segundos (AU)

• Processo FAPESP: 19/10249-2 - Controle de bombas centrífugas submersíveis em escoamento bifásico líquido-líquido
• Beneficiário: Mauricio Barrios Castellanos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado