A correta modelagem do escoamento em golfadas é de grande interesse para empresas do ramo petrolífero, pois auxilia em um adequado dimensionamento de linhas e equipamentos utilizados na extração e produção de petróleo. Todavia, os modelos necessitam de dados experimentais para validação, além de relações de fechamento para cálculo de parâmetros característicos do escoamento em golfadas.
Tendo em vista tais necessidades, foram desenvolvidos muitos estudos experimentais para caracterizar o escoamento em golfadas. Bendiksen (1984) elaborou uma análise do escoamento bifásico líquido-gás, utilizando os fluidos ar e
água em uma tubulação com variação de diâmetro de 19,2, 24,2 e 50 mm e variação de inclinação de -90 a 90º. O autor avaliou o efeito da inclinação da tubulação nos parâmetros característicos do escoamento em golfadas e desenvolveu uma correlação para a velocidade da bolha alongada aplicando o método dos mínimos quadrados nos dados experimentais.
Outro estudo experimental do escoamento de ar e água em golfadas é o de Nydal et al. (1992), em que a tubulação era horizontal com diâmetros internos de 53 e 90 mm de diâmetro. Nesse estudo eles avaliaram o desenvolvimento do escoamento, e observaram que enquanto o escoamento em golfadas está se desenvolvendo, os pistões de líquido são menores e mais aerados, com isso a frequência de passagem de células unitárias é maior. Também foi relatado que a velocidade da frente da bolha alongada é maior que a da traseira. Os autores notaram que quando o escoamento está bem estabelecido, as propriedades assumem tendências constantes. Quando avaliado o efeito da velocidade superficial de líquido na aeração dos pistões, percebeu-se que o aumento dessa velocidade causa uma aeração menor na região do pistão de líquido. Uma distribuição bimodal para a fração de vazio é observada no escoamento em golfadas, além de distribuição log-normal para o comprimento do pistão de líquido e normal para a velocidade da bolha alongada.
No trabalho de Fossa et al. (2003), o escoamento também foi de ar e água e o diâmetro da tubulação utilizado foi de 40 e 60 mm. Os autores analisaram estatisticamente a frequência das golfadas, os comprimentos do pistão de líquido e da bolha alongada, e a fração de vazio. Os dados experimentais foram comparados com as correlações disponíveis na literatura e apresentaram resultados satisfatórios durante as comparações. Também foi proposta pelos autores uma correlação para o cálculo da frequência utilizando números adimensionais.
Wang et al. (2007) desenvolveram um estudo experimental de ar e água para uma tubulação de 50 mm de diâmetro, no qual se buscou propor correlações para a velocidade e comprimento da bolha alongada e frequência das golfadas. Analisou-se o efeito de altas velocidades superficiais da mistura, e foi notado que a velocidade da bolha alongada deixa de depender unicamente do número de Froude, dependendo também do comprimento da tubulação do escoamento bifásico. Além disso, observou-se que, com o aumento da velocidade superficial do líquido, o comprimento da bolha alongada não sofre alteração e a frequência aumenta.
Um estudo para escoamento de ar-água em uma tubulação de 26 mm de diâmetro foi apresentado por Vicencio (2013). O autor comparou os resultados obtidos com correlações presentes na literatura, encontrando uma concordância satisfatória. Percebeu-se que, enquanto a função que mais se ajusta a velocidade e comprimento da bolha alongada é uma função de probabilidade normal, o comprimento do pistão de líquido e a frequência das golfadas se ajustam a uma função log-normal. Adicionalmente, o autor propôs correlações para o cálculo dos parâmetros citados acima, ajustadas aos dados experimentais por ele obtidos.
Já Oliveira et al. (2015) desenvolveram um estudo utilizando técnicas de visualização do escoamento, no qual avaliaram a posição do nariz da bolha alongada para o escoamento em golfadas bifásico ar-água em uma tubulação com diâmetro de 50,8 mm. Os autores observaram uma relação entre a posição da frente da bolha e o número de Froude da mistura, mostrada na Figura 2.4. Percebeu-se que o aumento do número de Froude da mistura, ou seja, o aumento da velocidade superficial da mistura, causava um descolamento da frente da bolha da parte superior da tubulação. Esse fenômeno foi observado para 1, 28Frm 2,98, sendo que a maior variação da posição ocorreu entre Fr m 2, 69 e Fr m 2,98. Outra diferença percebida pelos autores foi o formato do nariz da bolha, que, com o aumento do número de Froude da mistura, foi tornando-se mais “afunilado”. Também foi ajustada pelos autores uma correlação para determinação da posição do nariz da bolha em função do número de Froude da mistura.
Posteriormente, Abdulkadir et al. (2016) desenvolveram uma análise do escoamento em golfadas de ar-água em uma tubulação de 67 mm de diâmetro. Após comparação entre as velocidades da frente e traseira da bolha alongada, os autores notaram que o escoamento estava completamente desenvolvido em 4400 mm após a zona de mistura, ou seja, após o início do trecho da tubulação com escoamento bifásico. Além disso, o aumento das velocidades superficiais do líquido e do gás causava um aumento no gradiente de pressão do escoamento. A fração de vazio do pistão de líquido não sofreu nenhuma alteração significativa com o aumento das velocidades superficiais das fases. Porém, a fração de vazio da bolha alongada apresentou um aumento quando a velocidade superficial do gás era aumentada.
Figura 2.4 – Mudança de posição do nariz da bolha em função do número de Froude da mistura
Fonte: adaptado de Oliveira et al., 2015
Qudus et al. (2020) analisaram o efeito das velocidades superficiais das fases na inicialização e desenvolvimento do escoamento em golfadas em uma tubulação horizontal de 19 mm de diâmetro. Notou-se um incremento considerável na fração de vazio com o aumento da velocidade superficial do gás, assim como um aumento da frequência das golfadas com o aumento da velocidade superficial da fase líquida. As velocidades superficiais de ambas as fases influenciam no gradiente de queda de pressão e na velocidade do pistão de líquido.