Experimental and theoretical study of W/O emulsion flow within centrifugal pumps

Autor(es)

Roberto Fernando Leuchtenberger

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2025-02-14

Membros da banca

Antonio Carlos Bannwart; Valdir Estevam; William Monte Verde; Oscar Mauricio Hernandez Rodriguez; Francisco Jose Soares Alhanati

• Orientador: Antonio Carlos Bannwart; Jorge Luiz Biazussi

Resumo

Este estudo investiga o desempenho de Bombas Centrífugas Submersas (BCS) operando com emulsões de água e óleo sob diferentes condições, com foco em métricas de desempenho como altura manométrica, eficiência, consumo de potência, distribuição do tamanho de gotas (DTG) e viscosidade da emulsão. A campanha experimental avaliou a influência da velocidade de rotação, vazão, temperatura e fração de fase dispersa no comportamento das BCS, complementada pelo desenvolvimento de modelos preditivos para melhorar a eficiência operacional. A introdução destaca o papel crítico das BCS na indústria de óleo e gás e os desafios associados ao manuseio de escoamentos multifásicos. O estudo busca abordar a degradação de desempenho causada por fluxos emulsificados e propõe estratégias de otimização. A análise teórica foca em métricas adimensionais de desempenho, incluindo coeficiente de altura manométrica, coeficiente de potência e eficiência. Coeficientes de correção baseados no número de Reynolds rotacional são aplicados para considerar os efeitos viscosos. O estudo desenvolve modelos para quantificar a degradação do desempenho sob condições de alta viscosidade, fornecendo uma base para prever o comportamento das BCS em regimes de escoamento complexos. Os resultados revelam impactos significativos da fração de fase dispersa, da viscosidade e da velocidade de rotação no desempenho da bomba. Testes com escoamento monofásico e bifásico demonstram degradação de desempenho em condições de alta viscosidade, com curvas adimensionais evidenciando variações na altura manométrica, potência e eficiência. Um novo modelo para a viscosidade relativa da emulsão é apresentado, considerando diâmetros críticos de gotas e condições de escoamento, alcançando maior precisão em comparação com modelos existentes. Os modelos propostos aprimoram as capacidades preditivas para sistemas BCS, permitindo otimizar o desempenho na produção de petróleo (AU)

• Processo FAPESP: 19/17879-1 - Estudo experimental e modelagem fenomenológica do ponto de inversão de fase contínua em escoamento água - óleo em bombas centrífugas submersas
• Beneficiário: Roberto Fernando Leuchtenberger
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado