Sistema CAF

No sistema bifásico foram registradas a vazão de saída dos fluidos ao final do circuito (S - Figura 41) e a diferença de pressão estática do fluxo em trecho reto ( a - Figura 41) e na válvula de gaveta ( a - Figura 41). Apresenta-se na Figura 52 os detalhes da construção.

Figura 52: Circuito de tubulação para estudo do fluxo bifásico água-óleo. O diferencial de pressão estática fornecido entre as tomadas e é referente à perda de carga distribuída no trecho reto e, entre as tomadas e , ao trecho que permite o cálculo da perda de carga localizada da válvula de gaveta.

A vazão de óleo no sistema bifásico foi determinada a partir da coleta de certa quantidade de massa da mistura água-óleo na saída S em um determinado intervalo de tempo. Essa mistura, recolhida num recipiente recoberto por um saco plástico, foi

pesada e deixada em repouso numa estante por 24 para completa separação das fases (Figura 53). A água contida na mistura foi drenada através de um corte no fundo do saco e a fração de óleo quantificada, segundo a relação (equação (31)):

(31)

Sendo:

a vazão real de entrada de óleo ( )

a massa da mistura bifásica coletada ( ) (já desconsiderando o saco plástico) a massa de água drenada ( )

a densidade do óleo (944,87 ) o tempo de coleta da massa ( )

Figura 53: Mistura bifásica 24 após o ensaio e pronta para quantificação das fases.

A fim de se determinar a ocorrência de depósitos de óleo na parede dos tubos e conexões, foi efetuado um acompanhamento contínuo da vazão mássica da mistura na saída S para o ensaio A5O12, ou seja, com a velocidade superficial (vazão por seção do duto) de água de 0,15 e de óleo de 0,26 . Este ensaio representou, dentro da janela de operação da unidade experimental, um daqueles que detinham maior porcentagem de óleo praticável (~ 63 , sendo a máxima de ~ 68 ) durante um intervalo de tempo suficiente para esgotar o tanque de óleo sem aparecimento visual de zonas de deposição severa de óleo na tubulação. Na Figura

54 estão apresentados os resultados obtidos e a evidência de que, no ensaio realizado, a variação de vazão dos fluidos foi praticamente desprezível até 3 minutos de operação. Logo, para todos os outros ensaios possíveis na instalação experimental, a ocorrência de acúmulo de óleo na linha foi desprezada e as medições puderam ser iniciadas a partir da decorrência de 30 segundos de operação.

Figura 54: Variação temporal da massa da mistura para o ensaio A5O12, com de

0,15 e de 0,26 na unidade experimental construída.

Os diferenciais de pressão do trecho reto e da válvula de gaveta operando com o óleo Lubrax Gear 680 puro foram mensurados utilizando um manômetro do tipo U, com sistema de limpeza, contendo mercúrio como fluido manométrico e um selo de água acoplado a um sistema de lavagem (Figura 55). Esse instrumento foi construído no Laboratório de Operações Unitárias da Universidade Santa Cecília (UNISANTA) e seu funcionamento se deu através da transmissão da pressão estática do fluido pelo selo de água até a coluna de mercúrio. A diferença observada no nível desse líquido foi medida utilizando um paquímetro Mitutoyo com precisão de 0,05 . Com o intuito de verificar a acurácia das medidas realizadas pelo dispositivo, foi realizada uma validação experimental em quintuplicata da perda de carga do trecho reto, a qual foi comparada ao modelo teórico do óleo novo pela

equação de Darcy para a viscosidade de 2704 (temperatura de trabalho próxima a 22 ). O resultado dessa validação está apresentado na Figura 56. A partir do bom ajuste entre o modelo teórico e dados experimentais, representados em uma função linear característica de regimes laminares, o manômetro foi considerado adequado.

Figura 55: Manômetro em U com mercúrio como fluido manométrico e sistema de limpeza para medição da perda de carga em sistemas operando com fluidos viscosos.

Figura 56: Validação do manômetro em U de mercúrio para medição de perda de carga em sistemas operando com fluidos viscosos. Comparação entre os pontos experimentais e o modelo teórico.

Fonte: A autora.

A perda de carga distribuída e localizada do escoamento bifásico foi avaliada utilizando as unidades de substituição do tipo A e C (Figura 43), respectivamente, com o emprego de um manômetro em U invertido pressurizado com ar (Figura 57). Nesse dispositivo, confeccionado no laboratório de Operações Unitárias da UNISANTA, duas entradas inferiores transmitiam a pressão estática característica dos dois pontos no intervalo de análise, as quais moviam proporcionalmente o colchão de ar superior. A diferença observada no nível de líquido foi mensurada através de um paquímetro Mitutoyo com precisão de 0,05 . A pressão do colchão de ar foi promovida por uma bomba de ar acoplada no topo do instrumento. A vantagem do dispositivo utilizado em relação ao piezômetro tradicional é a presença do colchão de ar que amortece as oscilações de pressão características do fluxo multifásico, sendo possível, portanto, obter as medidas com precisão e alto índice de reprodutibilidade.

Figura 57: Manômetro em U invertido utilizado para determinação da perda de carga localizada e distribuída.

O manômetro em U invertido construído para esse trabalho obteve seu funcionamento validado através da comparação da perda de carga experimental e teórica, via equação de Darcy, de um trecho reto de comprimento conhecido operando com água pura. Nesse procedimento, as medições experimentais foram realizadas em quintuplicata e a média entre os valores medidos, plotada no gráfico da Figura 58, apresentou um bom ajuste ao modelo polinomial, característico do escoamento em regime turbulento, de forma que o modelo gerado não apresentou diferença significativa em relação ao modelo teórico. Portanto, estabeleceu-se que o manômetro se encontrava apto para a determinação da perda de carga do fluxo bifásico.

Figura 58: Perda de carga para água pura: comparação do modelo teórico e do modelo experimental gerado a partir da utilização do manômetro em U invertido.

Fonte: A autora.

É importante mencionar que em cada ponto de medição foram instaladas tomadas de pressão convencionais e anéis piezométricos - com quatro tomadas de pressão interligadas e espaçadas em 90⁰ - (Figura 59). O objetivo foi verificar uma possível diferença entre as medições do diferencial de pressão utilizando como ponto de conexão as tomadas de pressão simples e o anel piezométrico, o que não ocorreu, sendo que o anel piezométrico ainda apresentou o inconveniente de entupimento das mangueiras comunicantes. Dessa forma, foram destacados nesse trabalho os valores obtidos com as tomadas de pressão convencionais posicionadas na parte inferior da tubulação.

Figura 59: Anel Piezométrico instalado na seção de fluxo bifásico para medição do diferencial de pressão média.

Fonte: A autora.