Previsão da Distribuição do Tamanho de Gotas em Escoamento de Emulsões por Modelo de Balanço Populacional: Simulação Numérica e Experimentos
Nome: MURILO ZUCATELLI ELIAS
Data de publicação: 20/03/2025
Banca:
Nome |
Papel |
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| PAULO LARANJEIRA DA CUNHA LAGE | Examinador Externo |
| RENATO DO NASCIMENTO SIQUEIRA | Examinador Interno |
| ROGERIO RAMOS | Presidente |
Resumo: Durante a produção de petróleo, o cisalhamento e a turbulência no escoamento fragmentam as gotas de água presentes, promovendo a formação de emulsões estáveis de água em óleo (A/O). Este trabalho investiga os processos de quebra e coalescência de gotas em emulsões A/O por meio de experimentos laboratoriais e modelagem baseada em balanço populacional.
Os estudos foram realizados no circuito de escoamento do NEMOG/UFES, com foco no impacto das restrições impostas por válvulas gaveta sobre a distribuição de tamanho de gotas (DTG). Os modelos da literatura publicados por Coulaloglou e Tavlarides (CT) e de Mitre et al. (CEM) foram aplicados para simular os fenômenos observados, ajustando parâmetros para otimizar as predições em relação aos dados experimentais. Os resultados mostraram que a válvula localizada no início do circuito induziu predominantemente eventos de quebra, resultando em uma redução moderada no tamanho médio das gotas.
Em contraste, a válvula posicionada posteriormente, apresentou maior variabilidade na DTG, associada ao aumento signicativo de eventos de coalescência, especialmente em concentrações volumétricas da fase dispersa acima de 15% v/v. Os modelos implementados mostraram boa capacidade de prever a DTG para frações volumétricas de água de 5%, 10% e 15% v/v. O modelo CEM demonstrou melhor desempenho global, mesmo utilizando parâmetros originais, mas subestimou os efeitos de coalescência em altas concentrações de água dispersa, com erros médios inferiores a 40% para a primeira válvula e 16% para a segunda considerando a distribuição. As predições do diâmetro médio de De Brouckere apresentaram erros médios inferiores a 23% para a primeira válvula e 9% para a segunda. Já o modelo CT apresentou limitações na descrição completa dos eventos de coalescência, exigindo ajustes adicionais em condições de elevada concentração de fase dispersa. Fatores como a fração volumétrica e a distribuição heterogênea da energia turbulenta foram identicados como críticos para a melhoria das previsões. A análise de sensibilidade revela que os parâmetros associados à quebra e colisão de gotas ( e ) têm maior inuência
no erro de predição, enquanto o parâmetro de eciência de coalescência () mostrou impacto marginal. Os resultados experimentais corroboraram parcialmente as predições dos modelos, com erros médios e máximos comparáveis aos obtidos na literatura. O erro máximo no diâmetro médio volumétrico ([4,3]) foi de 25,6%, reforçando a necessidade de avanços nos submodelos de coalescência e dissipação de energia para aprimorar a precisão das simulações.
