Escoamento Óleo-Gás em Equipamento Submarino: Influência da Fração Volumétrica de Gás na Separação de Fases no Módulo de Bombeio

Resumo da dissertação: Nas bacias marítimas de petróleo do Estado do Espírito Santo são utilizados Módulos de Bombeio que interligam os poços produtores de petróleo aos navios-plataforma flutuantes de produção. Esses módulos possuem uma geometria capsular por onde escoa o petróleo, e onde podem ocorrer diversos padrões de escoamento multifásicos. Dependendo do padrão formado a separação das fases pode ocorrer provocando anomalias (por exemplo o chamado gas locking) no funcionamento da bomba submarina. O presente trabalho tem por objetivo verificar a influência da variação da fração volumétrica de gás, presente em um mistura (óleo-gás), no fenômeno de separação dessas fases. Para tanto foram simulados dois casos. O primeiro para uma fração volumétrica de gás de 10 %, e o segundo de 40 %. A vazão mássica utilizada de óleo foi de 8 kg s-1. Todas as simulações foram realizadas em um software CFD utilizando o modelo VOF (Volume of Fluid) explicito com número de Courant de 0,25 e passo de tempo de 4 x 10-5 s. Três diferentes malhas foram avaliadas com relação à convergência e ao tamanho do elemento, sempre priorizando uma possível formação de interface nítida entre os fluidos. Para o primeiro caso, 10 % de fração de volume, não houve separação nítida das fases e sim a formação de um padrão de escoamento assimétrico, indicado pelos perfis de velocidade obtidos em várias posições e planos. A ordem de velocidade em um setor da cápsula varia de 7 m s-1 na entrada e 1,2 m s-1 a 2,5 diâmetros de comprimento. Por outro lado, para a fração de volume de 40 %, uma nítida interface é formada e gás acumulado no topo da cápsula. Neste caso, em 2,5 diâmetros de comprimento de cápsula, a porcentagem de gás acumulada em 4.2 s de tempo real é de 90 % da quantidade entrante na cápsula. Os níveis de velocidade variaram entre 9.8 m s-1 na entrada e 0.15 m s-1 a 2,5 diâmetros de comprimento. As considerações finais sugerem que simulações sejam realizadas para obtenção de tempos reais da ordem de minuto, pois a cápsula possui 50 diâmetros equivalentes de comprimento. Palavras chave: VOF, multifásico, BCSS, módulo de bombeio, equipamento submarino