Procedimento experimental

Dados de queda de pressão para a mistura e para o escoamento equivalente de água foram coletados. Além das medidas de queda de pressão, foram realizadas medições de fração volumétrica in situ (holdup) com o uso de válvulas de fechamento rápido. O sensor do tipo

wire-mesh, após a devida calibração, foi usado para obtenção de distribuição das fases e holdup. Além disso, padrões de escoamento foram identificados utilizando-se uma câmera de

alta velocidade.

Em geral, pontos experimentais foram coletados em função das velocidades superficiais das fases para escoamento óleo-água na horizontal. Com o intuito de estudar preferencialmente o padrão disperso, foi varrida a região indicada na carta de fluxo da Figura 3.17. A carta de fluxo teórica foi gerada para uma tubulação de 26 mm de diâmetro e para os fluidos de teste do LETeF. Ela foi obtida através de um programa aberto e em linguagem

FORTRAN (RODRIGUEZ; OLIEMANS, 2006), no qual foi implementada a modelagem proposta por Trallero (1995). A janela de vazões de trabalho foi determinada também considerando as limitações do circuito experimental. Pode ser observada, na Figura 3.17, a região de ocorrência dos padrões: ST (Estratificado suave), ST&MI (Estratificado com mistura na interface), w/o (Dispersão de água em óleo), Do/w & w (Dispersão de óleo em água e água), Do/w & Dw/o (Dispersão de óleo em água e água em óleo) e o/w (Dispersão de óleo em água).

Figura 3.17 – Carta de fluxo para escoamento água e óleo na horizontal para tubulação de 26 mm de diâmetro e fluidos de teste do LETeF.

O procedimento para coleta de dados pode ser descrito da seguinte forma: uma vez estabelecida a velocidade superficial de água, a velocidade superficial do óleo é ajustada. Assim, para cada ponto experimental (um ponto significa um par de velocidades superficiais de água e óleo) inicia-se a coleta de dados de queda de pressão e aquisição de dados com o sensor wire-mesh. A coleta era iniciada sempre após ter sido assegurada a condição de regime permanente, que compreende a estabilização do padrão de escoamento. Dados de temperatura do óleo e pressão na linha também eram coletados. Esse procedimento era repetido para medição de fração volumétrica in situ através da técnica das válvulas de fechamento rápido e para filmagem com a câmera de alta velocidade. A aquisição de dados com o sensor wire-

frequência de excitação do circuito era de 5 MHz. A faixa dos parâmetros experimentais ensaiados durante os testes é apresentada na Tabela 3.3.

Tabela 3.3 – Faixa dos parâmetros experimentais ensaiados.

Uws (m/s) Uos (m/s) Co (%)

0,95 – 3 0,01 – 1,7 0,5 – 51

3.1.7.1 Queda de pressão por fricção

Dados de queda de pressão por fricção do escoamento disperso óleo-água e do escoamento monofásico de água equivalente (fluxo de água igual ao fluxo da mistura óleo- água) foram coletados em tubo de acrílico na horizontal. Essas medições foram realizadas com o intuito de detectar a ocorrência do fenômeno de redução de atrito. O critério utilizado para a identificação do fenômeno foi a normalização do gradiente de pressão do escoamento bifásico, (dp dx/ )_m, em relação ao gradiente de pressão do escoamento monofásico de água

equivalente, (dp dx/ )_w. Sendo a razão entre eles, (dp dx/ ) / (_m dp dx/ )_w, definida como fator

DRP. Portanto, a verificação da existência da redução de atrito ocorre quando:

1. m w dp dx DRP dp dx               (3.1)

Foi utilizado o transdutor de pressão da Validyne, como descrito na Seção 3.1.4, para a medição da queda de pressão do escoamento. O procedimento adotado para obtenção da queda de pressão foi o seguinte: verifica-se a inclinação da seção de testes, para garantir inclinação de 0o em relação à horizontal, através de um inclinômetro Bosch modelo DNM 60L (0,1o de precisão). Após isso, realiza-se a aferição do transdutor de pressão. A aferição foi feita com escoamento monofásico de água, onde o valor da queda de pressão dada pelo transdutor tinha que ser igual, ou dentro da incerteza, ao previsto pela equação de Darcy. Caso os valores fossem diferentes ou estivessem fora da incerteza do medidor, proceder-se-ia à

sangria e realizar-se-ia uma nova medição. Caso os valores continuassem diferentes ou fora da incerteza, proceder-se-ia uma nova calibração do transdutor. A validação com a equação de Darcy-Weisbach é feita online. Uma sub-rotina do programa de aquisição de dados calcula, a partir do sinal de vazão de água, a queda de pressão prevista pela equação de Darcy, que é então comparada com o valor medido pelo transdutor de pressão diferencial. Após escoar somente água na tubulação por alguns minutos, iniciava-se a coleta dos dados de queda de pressão do escoamento bifásico. O estabelecimento da vazão equivalente de água era feito a partir da soma das respectivas velocidades superficiais de água e óleo, conforme previsto na malha de testes. Os dados eram coletados a uma taxa de aquisição de 5 kHz durante 60 s, além de duas ou três replicatas.

Inicialmente foram feitas medidas da queda de pressão da mistura e do escoamento monofásico de água equivalente utilizando um diafragma com fundo de escala alto (55 kPa), com o objetivo de detectar a faixa total de queda de pressão e de ocorrência do fenômeno na região de interesse da carta de fluxo. Com essas medições, foi levantada uma faixa de queda de pressão entre 2,4 e 36 kPa. Uma vez identificada a faixa de medição, novas medições de queda de pressão foram realizadas selecionando diferentes diafragmas. Essa seleção foi feita de forma a garantir um nível de incerteza satisfatório na medida de queda de pressão e, especialmente, na obtenção do fator DRP, indicador da ocorrência do fenômeno. Ao todo foram coletados 83 pontos experimentais com dados de queda de pressão.

3.1.7.2 Fração volumétrica in situ

Um sistema de bypass existente no circuito experimental viabilizou a obtenção da fração volumétrica in situ de óleo (holdup) com o uso de válvulas solenoides de fechamento rápido, instaladas na linha como descrito na Seção 3.1.3. A Figura 3.18 ilustra o esquema da tubulação bypass. Durante o escoamento em regime permanente as válvulas solenoides V1 e V2 encontram-se abertas permitindo a passagem livre do escoamento pela seção de teste. A válvula na linha auxiliar de bypass (V3) deve estar totalmente fechada, impedindo o desvio de fluido. Para isso, V3 é mantida energizada, juntamente com a V2 que é normalmente fechada. Energizando-se V1 e desenergizando-se V2 e V3 simultaneamente, fecha-se a linha de teste, abrindo-se a passagem do escoamento para o by pass pela válvula V3. Assim, realiza-se o aprisionamento da mistura na linha de teste para posterior esgotamento e obtenção da fração volumétrica. É importante ressaltar que as válvulas solenoides fechavam-se em 0,1 segundo.

Figura 3.18 – Esquema do sistema bypass.

Em seguida, procedia-se ao esgotamento da linha e medição dos volumes de água e óleo através de quatro buretas de 2000 mL. O tempo de esgotamento para todos os testes foi de no mínimo 4 horas. A água, por ser menos viscosa, era esgotada com mais facilidade e a maior parte do óleo presente na linha era esgotado juntamente com a água. No entanto, um pequeno volume de óleo ainda permanecia no tubo, aderido à parede do mesmo após o esgotamento. Tal erro foi suprimido supondo que, após o período de esgotamento, a diferença entre o volume total da linha (6363 mL) e o volume coletado era composta pelo óleo não esgotado, aderido às paredes do tubo. Ao final de cada medição, circulava-se água a alta vazão pela tubulação durante alguns minutos para retirar o óleo que permanecia aderido às paredes. As medições de holdup foram feitas separadamente das medições de queda de pressão e aquisição com o sensor wire-mesh. No entanto, as mesmas condições de escoamento foram impostas para reproduzir os mesmos pontos experimentais coletados anteriormente.