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Após as análises feitas nas Seções 4.2 e 4.3 para ambos os sistemas, constatou-se que alguns resultados são contraditórios quando comparados aos encontrados na literatura (Trevisan (2009) e Monte Verde (2016)). Nos resultados aqui levantados, pode-se constatar a influência das bolhas alongadas na melhoria de desempenho médio em certas rotações da BCS GN5200, assim como o decaimento do desempenho para entrada de gás constante na BCS. As análises consideradas a junção dos resultados médios de desempenho com as imagens para cada ponto e o desempenho individual de cada estágio.

Em busca de mais evidências sobre o porquê das observações experimentais, tentou-se realizar uma a análise dos sinais de pressão da bomba e por estágios no tempo. A aquisição dos sinais de pressão foi feita através de sensores com frequência de aquisição de 30Hz. Devido à baixa frequência dos equipamentos, a análise de sinais foi gerada a partir do cálculo de momentos estatísticos e a PDF da série temporal para cada dado obtido, buscando assim uma nova interpretação para os resultados apresentados.

Para esta análise, foram avaliados resultados da inclinação de 5°, para ambos os sistemas, encapsulado e flange/flange e nas frações de gás 3 e 7%. Pontos esses que foram aprofundados no estudo dos valores médios de desempenho da BCSs. Os gráficos buscaram analisar a massa de dados para as pressões P1 até a P5 (Figura 3.9), onde se fez um estudo

estatísticos da distribuição destes valores e calculado o desvio padrão. Este estudo das PDFs buscou basicamente analisar a discrepância e a variação dos dados em um certo ponto para uma análise mais pontual sobre cada resultado, casos onde a média do sinal poderia estar mascarando os demais dados.

Sistema Encapsulado

Na Figura 4.46 pode-se observar as PDFs feitas para as três rotações. Nesta fração de gás a 3%, temos uma distribuição mostrando os ganhos de pressão para cada curva. Como por exemplo, na curva de 3500 rpm, a P5 apresenta seus dados por volta de 3 bar gerando assim um ganho de pressão. Além disso, como foi estipulado para todos os testes, temos a P1 com uma grande massa de dados em 1 bar e um desvio padrão de baixo valor.

Neste estudo observa-se apenas o aumento da pressão conforme a rotação aumenta e um pequeno aumento do desvio padrão, mas nenhuma mudança específica sobre os estágios.

Figura 4.46 - PDF dos sinais de Pressão – Inclinação 5° - fração de gás 3% - Sistema Encapsulado.

Para a fração de gás de 7%, esperava-se que o desvio padrão para a curva de 3500 rpm apresentasse um valor maior, devido ao fato deste ponto apresentar uma grande queda no desempenho da BCS, fator este associado a fração de gás constante entrando na BCS. Porém, nesta análise dos sinais (Figura 4.47), não foi possível observar nenhum padrão dos dados estudados. Outro ponto que se pode analisar é que o primeiro estágio já não tem ganho de pressão para quase todos as rotações como observado nos dados médios.

Figura 4.47 - PDF dos sinais de Pressão – Inclinação 5° - fração de gás 7% - Sistema Encapsulado.

Sistema Flange/Flange

Para a o sistema flange/flange na fração de 3% (Figura 4.48) a única observação é que há a redução do desvio padrão do sistema em todos os casos em relação ao sinal do sistema encapsulado. Entretanto outras conclusões não são possíveis a partir dessa análise.

Figura 4.48 - PDF dos sinais de Pressão – Inclinação 5° - fração de gás 3% - Sistema Flange/Flange.

Na Figura 4.49 é possível observar a grande queda de desempenho apresentada pela rotação de 3500 rpm, quando todas as pressões estão por volta de 1 bar, mantendo assim a bomba sem gerar pressão. Foi possível observar valores de desvio padrão baixos para todas as curvas, mostrando baixa variação dos dados.

Figura 4.49 - PDF dos sinais de Pressão – Inclinação 5° - fração de gás 7% - Sistema Flange/Flange.

A análise de sinais buscou encontrar variações grandes dos dados separadamente para tentar dar mais subsídios aos resultados médios de desempenho observados, porém não se teve grande variação destes valores para cada medida de pressão. Não se encontrou nenhuma frequência característica para analisar os padrões de escoamento em cada rotação, mantendo sempre fixo os valores, fator este, acredita-se devido, à baixa taxa de aquisição utilizada por restrição dos medidores de pressão utilizados.

Uma sugestão de trabalho futuro é a instalação de sensores de pressão de alta velocidade para monitoramento da pressão no tubo, no duto anular, no topo não drenado e nos estágios da BCS em busca de variações de pressão causadas pela entrada de diferentes padrões de escoamento na bomba.

CONCLUSÕES

Este trabalho buscou analisar experimentalmente a influência do tipo de sucção no desempenho de um BCS em escoamento bifásico gás-líquido. Foram estudados dois sistemas: Encapsulado e Flange/Flange. Foram levantadas experimentalmente curvas de desempenho médios para cada sistema em diversas condições e elaborados gráficos de desempenho por estágio da BCS. Foram realizados associação das imagens dos padrões de entradas na sucção da BCS.

As principais conclusões deste trabalho foram:

 Analisados separadamente, foi possível compreender a influência causado pelo escoamento bifásico para cada rotação e cada inclinação, em que se observa uma queda de desempenho para frações de gás na entrada superiores a 5 ou 6%.

 Ambos os sistemas apresentaram uma queda brusca no desempenho para as curvas de 3500rpm com frações de gás elevadas. Observa-se desempenho melhor para sistemas com frações de gás instantâneos maiores, onde ocorre a influência da presença de pistões de líquidos.

 As análises de imagens, mostraram vários padrões de entradas na sucção da BCS, como por exemplo para rotações altas e frações de gás elevadas. Sempre foi visualizado bolhas dispersas, enquanto para outras condições uma segregação do gás é observada e em outras bolhas alongadas seguidas de pistões de líquido.

 A conclusão mais importante das imagens foi o fato de que padrões dispersos são piores para o desempenho médio da BCS, enquanto a sequência de bolhas alongadas e pistões de líquido favorece o desempenho médio. Provavelmente a fase líquida de slug consegue carregar todo o gás para fora da BCS, evitando o bloqueio de gás.

 Os gráficos dos estágios separados foram de suma importância para compreensão dos reais motivos que causaram a queda de desempenho para as rotações de 3500rpm, em que foi constatado os fenômenos de surging e gas locking, E assim uma conclusão do verdadeiro motivo da queda de desempenho para curvas de 3500 rpm.

 Na comparação para os dois sistemas, não se observaram grandes diferenças nos seus desempenhos, apenas para dois casos específicos houve uma divergência dos dois

sistemas, mostrando assim que a alteração da geometria na sucção da bomba não influencia o desempenho da BCS.

 A análise de sinais de pressão não apresentou grande variação dos valores de desvio padrão tanto na entrada quanto na saída da BCS. Assim, grandes detalhes da influência do sistema na geração de pressão na pressão não foram observados. Isto pode ser devido às baixas frequências utilizadas na análise, pois esse não era o foco inicial do trabalho.

Além dessas conclusões, não se observou, nestes aparatos experimentais, a oscilação de pressão observada no sistema S-BCSS instalado em campo. Um candidato forte a estabilizador do sistema é a válvula choke, utilizada para a contra-pressão do sistema. Tal válvula pode estar mantendo o sistema estável. Assim, uma sugestão é a proposição de um novo aparato experimental em que outro sistema seja utilizado como contra-pressão à bomba, em busca das oscilações percebidas.

Outras sugestões de trabalhos futuros e melhorias do aparato experimental são:  Elaboração do mesmo aparato experimental, porém com uma BCS diferente, para uma possível comparação de resultados tanto de média quanto as imagens na entrada da BCS.

 Posicionar um novo medidor de pressão no topo da cápsula para verificar se há grande variação de pressão com a influência no nível de segregação.

 Utilizar medidores de pressão com uma frequência maior de aquisição, para gerar análises de sinais mais detalhadas.

 Realização de experimentos bifásicos com fluidos viscosos, repetindo toda a matriz de teste para uma análise mais completa entre os dois sistemas e verificação da influência conjunta da viscosidade.

 Uma matriz de teste mais extensa para os testes bifásicos, visado mais inclinações e frações de gás.

 Uma análise quantitativa das bolhas, visto a grande quantidade de vídeos feitos para ambos os sistemas se tem uma grande quantidade de material para essa análise. Ou seja, através dos vídeos gerar uma contagem das bolhas e seus tamanhos.

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- CALIBRAÇÃO DOS INSTRUMENTOS

Buscando garantir a qualidade das medições realizadas, neste apêndice são apresentadas todas as informações e processos que foram elaborados para a calibração dos instrumentos de medição utilizadas neste trabalho, além de algumas características de equipamentos.

Os transdutores de pressão foram calibrados para este trabalho com o mesmo método de calibração utilizado por Monte Verde (2016), sendo esta calibração feita por meio de um calibrador Druck DPI 615 com precisão de 0,1 kPa.

Basicamente o processo é elaborado por se aplicar uma pressão conhecida no instrumento através do calibrador, assim se mede o sinal analógico de saída da corrente correspondente a pressão aplicada pelo calibrador, sendo o sinal analógico de corrente elétrica, na faixa de 4-20 mA. Este sinal é condicionado e salvo por meio de sistema de aquisição de dados National Instruments™. Desta forma, este procedimento é repetido aumentando a pressão até atingir o valor máximo da escala do instrumento. O processo é realizado no sentido crescente e decrescente da medição com o objetivo de verificar possíveis erros de histerese do instrumento.

Este processo foi feito em todos os transdutores de pressão levantado a curva de calibração cada um deles. Nos gráficos das figuras A-1 a A-5 são apresentadas as curvas de calibração, as equações de ajuste dos dados coletados, assim como o coeficiente de determinação R2.

,

Figura A.1 – Curva de calibração do transdutor de pressão 𝑃1.

Figura A.3 – Curva de calibração do transdutor de pressão 𝑃3.

Figura A.5 – Curva de calibração do transdutor de pressão 𝑃5.

A medição de temperatura, foi realizada por meio de duas termoresistências tipo PT-100 de três fios, classe A, conforme a norma DIN-IEC-751/85. Segundo a norma, os instrumentos da classe A apresentam incerteza, em °C, de ±0,15 + 0,002. 𝑇, em que T é a temperatura medida. Para a calibração destes instrumentos foi necessário o uso de um banho termostático e uma termoresistência padrão tipo PT100 de quatro fios, classe 1/10 DIN, de ±0,12 °𝐶 de incerteza para temperatura de 100°C.

O processo de calibração consiste em colocar as termoresistências imersas no banho termostático, fixando a temperatura do banho através da termoresistência padrão, assim se mede a corrente elétrica de saída dos transmissores. Esse procedimento é repetido na faixa de temperatura de trabalho do instrumento, tanto para o aquecimento quanto para o resfriamento da temperatura, gerando, assim, a relação temperatura versus corrente elétrica para os instrumentos.

Outro instrumento de medição é o torquímetro, para este equipamento a curva de calibração é fornecida pelo fabricante, tendo apenas a necessidade do ajuste de retransmissão do sinal analógico de saída do instrumento.

Para a medição da vazão mássica de líquido e de gás foram empregados medidores tipo Coriolis, sendo o certificado de calibração desses instrumentos emitidos pelo fabricante. O ajuste da retransmissão do sinal analógico de corrente (4-20 mA) foi feito utilizando-se, apenas, os limites de operação do instrumento, por meio de um ajuste linear.

A1 - Incerteza dos Instrumentos de Medição

Neste trabalho, a incerteza dos instrumentos será considerada igual à precisão declarada pelos fabricantes. A precisão dos instrumentos utilizados é apresentada na Tabela A.1.

Tabela A.1 –– Precisão dos instrumentos de medição

Variável Incerteza Relativa

𝑃1 𝑢P1 = ± 0,075 % 𝑃2 𝑢P2 = ± 0,075 % 𝑃3 𝑢P3 = ± 0,075 % 𝑃4 𝑢P4 = ± 0,075 % 𝑃5 𝑢P5 = ± 0,075 % 𝑇𝑒 𝑢𝑇𝑒 = ± 0,5 % 𝑇𝑠 𝑢𝑇𝑠 = ± 0,5 % 𝑚̇𝐿 𝑢𝑚̇𝐿 = ± 0,36 % 𝑚̇𝐺 𝑢𝑚̇𝐺 = ± 0,05 % 𝑇𝑒𝑖𝑥𝑜 𝑢𝑇𝑒𝑖𝑥𝑜 = ± 0,2 % 𝜔 𝑢𝜔 = ± 0,05 %

- RESULTADOS SISTEMA ENCAPSULADO

Efeito da Rotação da Bomba

Para estudar a influência da rotação no desempenho bifásico da BCS GN5200 foi necessário fixar algumas variáveis e assim apenas variar suas rotações, sendo essas: 2400, 3000 e 3500 rpm. Foram elaborados três gráficos para cada inclinação (5°, 60°e 90°) senda cada um com as vazões de 0.75 BEP, BEP e 1.25 BEP, além de fixar a pressão de sucção igual a 1 Bar.

Na Figura B1, com a inclinação de 5°, na curva de vazão 1.25 BEP não existe uma influência considerável da rotação no desempenho bifásico da bomba, em que os dados experimentais, nas diferentes rotações mostram curvas semelhantes. Porém, para a curva de vazão de 0.75.BEP (Fig. B1a), apresentou-se uma pequena diferença entre as rotações, em que