Cálculo prevê comportamento de água e óleo em tubulação

Na Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, pesquisa de Iara Hernandez Rodriguez realizou experimentos e desenvolveu um modelo matemático e simulação numérica para compreender e prever o comportamento de misturas de água e óleo em tubulações. O estudo também verificou a ocorrência do fenômeno conhecido como redução de atrito, em que a mistura durante o escoamento apresenta perda de pressão menor que a água isoladamente. Isto pode contribuir para minimizar a perda de energia durante o transporte do óleo, otimizando atividades da indústria petrolífera, como a extração de petróleo nas áreas profundas de reservatórios.

Câmera de alta velocidade detectou padrões de escoamento em tubulação

Poços injetores de água ajudam no processo de extração em reservatórios com pressão insuficiente para trazer o óleo até a superfície. Por meio dos poços, a água é injetada no reservatório, normalmente para aumentar a pressão e desse modo estimular a produção facilitando o deslocamento do óleo que resta no fundo.

“Um dos resultados desse processo é a obtenção de um escoamento de óleo, gás e água, que escoam juntos”, explica a pesquisadora. “Quando a proporção de água é maior, e o petróleo escoa disperso em forma de pequenas gotículas, o escoamento denomina-se emulsão inversa, que é o foco principal da pesquisa”.

Uma parte do trabalho experimental foi realizada na EESC, e outra em instalações experimentais da Shell, na Holanda. “O escoamento disperso foi simulado em uma tubulação de 12 metros (m) de comprimento e 26 milímetros (mm) de diâmetro, instalada no Laboratório de Engenharia Térmica e Fluidos (LETeF) da EESC”, afirma a pesquisadora.

Escoamento
Para o estudo do escoamento foram realizadas medições de queda de pressão da mistura. “A fim de detectar os padrões de escoamento, empregou-se uma câmera de alta velocidade colocada junto a tubulação”, relata Iara.

Escoamento de emulsão dispersa foi simulado em tubulação experimental

Por meio de um tomógrafo desenvolvido no Laboratório foram obtidos parâmetros do escoamento, como a fração volumétrica in situ,ou seja, a quantidade de óleo e água na mistura. “A coleta dos dados experimentais permitiu o desenvolvimento de um modelo matemático capaz de prever alguns parâmetros do escoamento, tais como o deslizamento entre as fases e a espessura da camada de água que se forma na região próxima à parede da tubulação”, observa a pesquisadora.

O estudo também permitiu compreender de modo mais abrangente o fenômeno conhecido como redução de atrito ou arrasto, principal motivação para o desenvolvimento da pesquisa. “Quando há óleo disperso na água em forma de gotículas escoando a altas vazões foi observado que a perda de carga, ou seja, perda de energia na tubulação, é menor do que quando há apenas água, escoando em condições semelhantes, ou seja, é necessária uma quantidade menor de energia para transportar a mistura”, ressalta a pesquisadora. A compreensão desse fenômeno contribui para a otimização do processo de transporte de óleos pesados e a minimização da perda de energia envolvida”.

O trabalho Estudo Experimental e Modelagem do Escoamento de Emulsão Inversa em Tubulações, da aluna Iara Hernandez Rodriguez, recebeu o prêmio de melhor tese de doutorado no 23º International Congress of Mechanical Engineering (COBEM), realizado em dezembro de 2015 e promovido pela Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas (ABCM) em parceria com a empresa Embraer. O estudo foi orientado pelo professor Oscar Maurício Hernandez Rodriguez, do Departamento de Engenharia Mecânica da EESC.

Fotos: Cedidas pela pesquisadora

Mais informações: email iarahrodri@gmail.com

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