A montagem de um aparato experimental que reunisse as condições necessárias para a simulação de um fluxo bifásico água-óleo em uma tubulação submarina, foi o grande desafio desse trabalho. Como em todo projeto, foram necessárias várias etapas para se alcançar o objetivo final do trabalho – verificar a influência da água na queda de pressão na tubulação em escoamento de óleo com precipitação de parafina.
Os experimentos realizados com o escoamento dos fluidos trabalhados foram bem sucedidos, no que diz respeito ao bom funcionamento do sistema e dos resultados experimentais, que, em geral, apresentaram concordância razoável com os resultados calculados pelos modelos matemáticos, apesar destes serem muito simples. Além disso, os resultados adquiridos serviram para elucidar algumas questões, e também para confirmar algumas hipóteses preliminares.
As conclusões gerais do trabalho, relativos aos ensaios de viscosidade e de escoamento de fluidos na tubulação, são os seguintes:
• Ao se resfriar misturas de óleo lubrificante e parafina sólida no reômetro, observou- se que, em determinado ponto, a viscosidade aumentou de forma abrupta, alterando a forma da curva de viscosidade vs. tempo indicando mudança de fases. A temperatura na qual ocorre essa alteração da mistura é chamada de Temperatura de Precipitação de Parafina (TPP).
• A viscosidade da mistura entre óleo lubrificante e parafina sólida é função da quantidade de parafina. Quanto maior a concentração de parafina sólida adicionada ao óleo, maior é a viscosidade da mistura. Em geral, isso vale para toda a faixa de temperatura utilizada
nos ensaios de viscosidade – ou seja, entre 8 ºC e 57 ºC, e mesmo antes da parafina precipitar da solução.
• As TPP’s das misturas, determinadas pelo método da viscosimetria, dependem da concentração de parafina. Quanto maior essa concentração, mais parafina o óleo deve solubilizar para manter um estado de equilíbrio, onde nenhuma partícula encontra-se fora da solução. Portanto, a temperatura do óleo deve ser tão grande quanto for a quantidade de parafina adicionada, visto que a solubilidade da parafina no óleo é proporcional à temperatura.
• Foi observado, nos experimentos com escoamento de fluidos na tubulação, um regime de fluxo estratificado, com o óleo ocupando a parte de cima da seção reta da tubulação, e a água, mais densa, na parte inferior. Após os experimentos com precipitação de parafinas, a tubulação apresentou incrustação de um material branco e imóvel, a parafina sólida. No fluxo monofásico de óleo, a parafina aderiu-se ao longo de toda a parede interna do duto, enquanto que no escoamento multifásico, a parafina depositou em sua grande maioria na parte de cima da tubulação, onde o óleo estava mais próximo da parede.
• A queda de pressão na tubulação se deve ao arraste viscoso dos fluidos nas paredes internas. Quanto maior a viscosidade do fluido, maior é a perda de carga entre dois pontos na tubulação. Consequentemente, óleos parafínicos são mais problemáticos do que óleo puro no que diz respeito à perda de carga e eficiência no transporte em dutos, pois apresentam maior viscosidade. Em todos os experimentos de escoamento realizados, a presença de água amenizou a queda de pressão na tubulação, em relação ao escoamento monofásico de óleo. Por exemplo, no escoamento de óleo com 1% de parafina, a manutenção de um fluxo de 50 L/h de água reduziu em até 48% a perda de carga. Além disso, em algumas vazões de fluidos estudadas, o aumento na vazão de água faz diminuir a perda de carga, embora a vazão total dos fluidos aumente. A água, portanto, atua como um fluido lubrificante, e sua injeção na tubulação evita que o óleo encoste-se nas paredes dos dutos, diminuindo as perdas de energia com o atrito viscoso.
• Análises do aumento da queda de pressão com o tempo em função da concentração de parafina mostraram que a injeção de 50 L/h de água ao escoamento de óleo parafínico, reduziu, em todos os casos, o gradiente de pressão com o tempo, chegando a uma
redução de 67% para o caso de 1% de concentração. É provável, nesses casos, que a água tenha impedido a deposição de parafina sólida na parede – arrastando as partículas sólidas ou servindo como uma barreira mecânica, impedindo que as partículas chegassem à parede da tubulação, fluindo então em suspensão na fase óleo para fora do duto.
• De acordo com as análises realizadas, pode-se concluir, para as condições em que foram realizados os testes, que a adição de água no escoamento, além de amenizar a perda de carga no fluxo de óleo, também reduz o aumento do gradiente de pressão com o tempo, que se deve à acumulação gradual de parafina depositada na parede interna. No entanto, é necessário um estudo mais completo para se determinar a eficiência da água na redução do gradiente de pressão, e sobre os mecanismos que promovem essa redução.
A seguir, é apresentada uma lista de sugestões para dar continuidade a esse trabalho, e desenvolver outros projetos experimentais com deposição de parafinas em dutos:
• O material da tubulação pode ser trocado por ferro galvanizado, aço, ou até mesmo vidro, contanto que exista a possibilidade de visualizar o escoamento e também de perfurar a tubulação para coleta de temperatura e de pressão. É possível que, em dutos de aço, o aumento de perda de carga com a deposição de parafina, seja superior às perdas verificadas nesse trabalho, devido à molhabilidade preferencial da água em dutos de acrílico, em relação ao óleo.
• A análise de deposição de parafina na tubulação pode ser realizada de forma direta – pesando-se o duto limpo e após o experimento. Pode-se, ainda, averiguar outras técnicas – micrômetros, ultra-som, raio-x, resistividade. A quantidade de material depositado, também pode ser comparada com as previstas por modelos computacionais de deposição de parafina existentes no mercado.
• Outras misturas podem ser empregadas para testes na tubulação, como outros tipos de óleo refinado e percentagens maiores de parafina sólida adicionada. Óleo cru, contendo naturalmente parafina em sua composição, também pode ser utilizado, apesar de ser mais difícil de manipular.
• As vazões de óleo e de água, que seguiram um padrão fixo, podem ser variadas, e o efeito na deposição então analisado. Além disso, outras frações de água no escoamento podem ser aplicadas, visto que na prática, é comum produzir-se grandes quantidades de água juntamente com óleo, com frações de até 67%. Seria interessante aumentar a quantidade de água no fluxo bifásico, para analisar melhor sua influência na deposição de material sólido na tubulação, inclusive em outros regimes de fluxo que não o estratificado, sendo o regime anular o mais interessante. Além disso, a injeção de gás ao fluxo bifásico água-óleo, seria importante para avaliar o efeito do gás no escoamento, no que diz respeito à deposição de parafina.
• Estudar os coeficientes de transmissão de calor no caso bifásico e com a camada de parafina.
• Mais pontos de tomada de pressão podem ser instalados ao longo da tubulação, de modo a avaliar os trechos onde a parafina deposita mais, e a conseqüência no valor do gradiente de pressão naquele trecho específico. Para isso, seria necessário um indicador de pressão que pudesse ler vários canais, ao invés de apenas um diferencial de pressão em cada teste realizado.
• Tubulações mais longas e outros diâmetros podem ser visados para melhor relacionar os adimensionais, a fim de obter-se razões de escala mais compatíveis com as configurações reais de campo.
Há várias possibilidades para se estudar o problema de deposição de parafinas em tubulação sob resfriamento. Espera-se que esse trabalho sirva como referência e motivação para trabalhos posteriores, em regimes de fluxo bifásico água-óleo.