Procedimento experimental

Os experimentos foram executados de forma padronizada, sendo que as atividades descritas eram executadas diariamente. O início das atividades era feito com a verificação completa da bancada, e instrumentação, antes de ser energizada, comprovando que não foram alteradas posições de válvulas, direcionamento de fluxo ou rompimento/desconexão de cabos. Em seguida, os equipamentos eram energizados e a bomba era ligada em aproximadamente metade de sua rotação máxima, apenas para completar o enchimento da tubulação e "sangrar" as tomadas de pressão, caso necessário. Em seguida, a bomba era desligada a fim de que o fluido na tubulação se estabilizasse em condição estática, para então zerar os sensores de diferencial de pressão da bancada nesta condição.

3.2.1 Validação da bancada

A validação da bancada era feita com escoamento monofásico, água, para a verificação da medição da queda de pressão em comparação com aquela calculada pela equação de Hall (1957) e pela equação de Blasius. Considerou-se para isso que não havia, no ponto de medição, efeitos de comprimento de desenvolvimento e de entrada de tubulação. O cálculo da queda de pressão teórica era feito a partir da indicação da vazão, dados de base para cálculo do número de Reynolds e do fator de atrito. O comportamento do sensor de queda de pressão monofásica era verificado e seu valor deveria ser próximo aquele calculado teoricamente, respeitando-se os limites de variação das incertezas. Além disso, os resultados eram comparados com os dias anteriores, a fim de verificar-se alterações nas condições de trabalho da bancada. Caso necessário, e fosse observado comportamento muito divergente do esperado, as mangueiras de aquisição da pressão eram sangradas, para retirar possíveis acúmulos de ar em seu interior. Os dados levantados nessa fase do procedimento também serviram de base para determinação do fator de atrito real da tubulação de cada bancada quando em escoamento monofásico.

A validação era feita em todo o limite de trabalho da bancada, quais sejam: máxima pressão suportada ou limites de faixa de medição de vazão. O procedimento era na seguinte sequência:

• iniciar a gravação dos dados com a bomba em zero rpm;

• incrementar a rotação da bomba de 10% em 10% da rotação máxima de 3600 rpm;

• a cada rotação, gravar os dados por aproximadamente 3 minutos;

• caso necessário a válvula de by-pass era manobrada para compatibilizar a rotação da bomba com os limites de pressão da bancada;

• após fazer o ensaio em todas as 10 rotações da bomba, os dados eram analisados e a perda de pressão comparada com os modelos teóricos calculados com as vazões medidas.

A validação da bancada e sua instrumentação era parte da rotina diária do procedimento experimental. Os resultados para cada bancada estão apresentados na seção 4.1 "Queda de

pressão monofásica", que detalha os resultados dos experimentos mostrando as informações obtidas nos ensaios de validação.

3.2.2 Ensaios bifásicos

Após a execução da validação eram iniciados os ensaios bifásicos. Para isso, o valor da rotação da bomba era ajustado, até que fosse atingida a velocidade superficial desejada para água. Em seguida, a válvula de controle de vazão de ar era aberta em percentual necessário para que a velocidade superficial do ar fosse ajustada. Nesse ponto, podia ser necessário reajustar a rotação da bomba devido a alguma variação na vazão de água após a injeção de ar.

Os ensaios eram executados pelo processo conhecido como CWF, constant waterflow

rate, (HAMAD et al., 2017), com adição de ar a uma velocidade superficial de água

constante. Dessa forma, selecionava-se uma determinada velocidade superficial de água a ser ensaiada, que era mantida constante, e então injetava-se ar de forma a obter-se diferentes velocidades superficiais deste fluido.

Os ensaios foram realizados de acordo com suas respectivas matrizes de aquisição de dados, a serem apresentadas no capítulo que trata dos resultados experimentais. Todos os pontos de combinação de diferentes velocidades de ar e água, os pontos de velocidades, foram repetidos três vezes sendo que a sequência de execução de cada combinação era repetida em sentido diferente ao seu anterior. Variava-se as velocidades em ordem crescente, depois decrescente e finalmente crescente, ou em ordem inversa, respeitando-se sempre a necessidade de inversão do sentido de ajuste da velocidade.

A aquisição de dados (pressões, vazões e temperatura) foi feita a uma taxa de 5 kHz quando ensaiada a bancada de 3". Dados médios foram registrados a cada 3 segundos durante 3 minutos. A aquisição de assinatura temporal de pressão foi feita com essa mesma taxa, sendo registrados todos os valores medidos essa variável.

Na bancada de 4", cuja aquisição dos valores medidos de pressão, vazões e temperatura, não foi feita via placa de aquisição National Instruments, mas via CLP e Hart

Communication, as variáveis eram atualizadas a cada 3 s, sendo que os sensores estavam

de tempo. A planilha de aquisição de dados guardava os valores durante o período de aquisição, de 120 s, e depois guardava em planilha específica o valor médio dos valores lidos nesse período de tempo. Para a assinatura temporal de pressão diferencial, os dados foram amostrados a uma taxa de 24 kHz, e os valores passaram por filtro passa baixa de 70 Hz e foram re-amostrados em 140 Hz, e todos os valores medidos nessa taxa foram registrados.

No caso das bancadas de 1" e 2", todos os dados foram amostrados a uma taxa de 24 kHz, e suas médias foram registradas a cada 5 ou 10 segundos, durante 2 minutos. Os valores de assinatura temporal de pressão passaram por filtro passa baixa de 70 Hz e foram reamostrados em 140 Hz, sendo que todos os valores medidos nessa taxa foram registrados.