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Type: Tese
Title: Escoamentos rotativos confinados em um separador ciclônico gás-líquido com internos - estudo teórico e experimental
Author(s)/Inventor(s): Celis, Gustavo Eduardo Oviedo
Advisor: Loureiro, Juliana Braga Rodrigues
Co-advisor: Freire, Atila Pantaleão Silva
Abstract: Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental de escoamentos rotativos confinados em uma geometria específica de um separador ciclônico compacto gás-líquido com componentes internos. Os referidos elementos internos, que são fixos, correspondem ao conjunto de aletas direcionais, e um prato cônico sobre pás verticais, chamado de chapéu chinês. Na indústria do petróleo, este separador é utilizado para os estágios finais de secagem da fase gasosa. Contudo, a influência dos componentes internos na dinâmica do escoamento, na queda de pressão e na eficiência de separação é ainda pouco compreendida. O objetivo desta pesquisa reside em investigar o comportamento do escoamento no interior do separador, sob a influência individual e coletiva dos componentes internos. A metodologia utilizada abrange uma campanha rigorosa de medições, em escoamento monofásico, das grandezas fundamentais. A caracterização da velocidade é realizada via técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas, obtendo campos de velocidade nos planos axial e transversal, que permitem a descrição detalhada do escoamento. A perda de carga é avaliada por meio de medições entre os pontos de entrada do separador e de saída de gás. O escoamento monofásico foi adotado como hipótese simplificadora, de modo a permitir a caracterização do escoamento por meio de técnicas ópticas. Resultados mostram que, uma vez instalado o chapéu chinês, a perda de carga aumenta significativamente, e que as pás helicoidais ajudam o escoamento a se reorganizar, atenuando os efeitos na perda de carga. Os efeitos dos componentes internos se refletem na morfologia observada do campo de velocidade para cada uma das configurações.
Abstract: The present study conducts a theoretical and experimental investigation of confined swirling flows in a specific compact gas-liquid cyclonic separator geometry with internal elements. The two inner static components are known as swirl blades section and a conic plate positioned above vertical blades, named chinese hat. Although these components were designed to increase the performance of the separator, little is known about its influence on the flow dynamics and pressure drop. This equipment, typically used in the oil industry to dry out the produced gas. The objective of the current research is to investigate the behavior of the flow inside the separator, under the individual and collective influence of the internal components. Rigorous single-phase flow measurements of pressure and velocity have been performed. The Velocity field was characterized by Particle Image Velocimetry in axial and cross section planes. The pressure drop was measured between the entrance and the outlet flow from the vortex finder. The present investigation was restricted to single phase flows in order to allow the use of optical techniques. Results show that the chinese hat increases the pressure drop while the swirl blades reduces it, as it promotes the flow reorganization. Both internals provoke significant changes on velocity field.
Keywords: Separador ciclônico
Escoamento rotativo
Técnica PIV
Turbulência
Separação de fases
Confined swirling flow
Gas-liquid cyclone separator
PIV technique
Turbulence
Phase separation
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Jan-2021
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: CELIS, Gustavo Eduardo Oviedo. Escoamentos rotativos confinados em um separador ciclônico gás-líquido com internos - estudo teórico e experimental. 2021. 164 f. Tese (Doutorado) - Programa de Engenharia Mecânica, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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