O Laboratório de Escoamentos Multifásicos em Tubulações

Os escoamentos multifásicos são a regra, não a exceção, na indústria do petróleo. Sob o ponto de vista da sua abordagem teórica, eles se constituem em uma matéria bastante complexa que requer preferencialmente para o seu tratamento o concurso de competências múltiplas. Para o avanço do conhecimento é, pois, necessário que condições materiais e humanas existam para troca de experiências e práticas. A UFRJ possui como característica intrínseca uma alta qualidade em seus cursos de graduação e de pós-graduação, com indistinto destaque para as áreas básicas e para as engenharias.

Recentemente, os enormes avanços de certos setores da economia brasileira têm colocado muita pressão sobre o mercado profissional para a formação de recursos humanos e para a geração de conhecimento específico em tópicos relacionados à mecânica dos fluidos. Demandas da indústria do petróleo, em especial, têm exigido uma qualificação cada vez mais avançada dos profissionais existentes bem como das instalações dedicadas à elucidação dos problemas oriundos de suas aplicações. Para certos problemas, em particular, essa demanda chegar a ser crítica. Exemplos típicos são os problemas relacionados à elevação artificial de escoamentos multifásicos e à sua garantia.

A presente iniciativa institui um centro de conhecimento capaz de oferecer uma resposta eficaz a todos esses anseios e, em particular, àqueles afeitos à descrição de escoamentos multifásicos em tubulações. Portanto, o LEMFT - Laboratório de Escoamentos Multifásicos em Tubulações estabelece uma instância que oferece competência para a resolução dos problemas gerados pela demanda tecnológica do setor, e outros, além de garantir a condução de seus assuntos em um nível elevado o bastante para gerar conhecimento original e formar pessoal altamente qualificado.

Do ponto de vista específico, esclarecemos que para a experimentação em sistemas com água e bifásicos (ar-água) na UFRJ era necessário que novas instalações fossem construídas. Com o novo laboratório isso foi atingido. A simulação de sistemas bi-fásicos precisa de circuitos com longos trechos retos horizontais e verticais. Isso só foi conseguido através das novas instalações.

É ainda desejável que as instalações experimentais possuam características as mais próximas possíveis da realidade; por isso, implantamos aparatos com diâmetros de tubos de até 4 polegadas e trechos longos. Foi construído um sistema fechado para a simulação de escoamentos multifásicos com 10 metros de altura. Como aspecto importante, lembramos que o sistema fica em área abrigada. Isso facilita a execução de experimentos sob condições controladas e com o auxílio de instrumentação sofisticada.

Sob o ponto de vista da instrumentação científica para a quantificação de escoamentos multifásicos, o laboratório possui em seu acervo um amplo leque de técnicas incluindo: AT, ALD, VIP. Com a disponibilidade das mais diversas técnicas de medição em um único laboratório, poder-se-á utilizá-las de modo complementar e redundante. Sobre a geração de conhecimento científico e tecnológico, a presente proposta possui a relevância de instituir um centro de referência para a medição das propriedades da dinâmica de escoamentos que servirá como pólo central para a modelação de escoamentos de interesse prático nas mais diversas áreas do conhecimento.

Deve-se ainda enfatizar que o LEMFT como estabelecido estimula ações futuras com o intuito específico de desenvolver instrumentação para a medição das propriedades dinâmicas de escoamentos baseadas em anemometria térmica (AT), anemometria laser doppler (ALD) e velocimetria por imagem de partículas (VIP). Adicionalmente, serão estimuladas ações voltadas à simulação numérica de escoamentos de interesse industrial. Essas simulações serão utilizadas no planejamento de escoamentos, bem como em ações preditivas.

Portanto, podemos resumir os seguintes resultados como conseqüência da presente iniciativa:

  • A construção de um circuito fechado de grande porte para a experimentação de escoamentos multifásicos em tubulações;
  • A construção de dois novos aparatos experimentais: um circuito para escoamentos multifásicos de menor porte e um canal d’água (expansão para aplicações em água);
  • A construção de instalações para a acomodação de aparatos e instrumentos experimentais já existentes que garantam a sua operação em condições ideais (consolidação das aplicações em ar);
  • A aquisição de novos instrumentos de medição (ascensão ao estado da arte);
  • A construção de novos instrumentos de medição (obtenção do domínio tecnológico)(PIV, MiniLDV);
  • A consolidação de ações transversais com ênfase na formação de recursos humanos com características multidisciplinares.

Com instalações em escala industrial, o LEMT é capaz de reproduzir escoamentos multifásicos em tubulações de 1, 2 e 4 polegadas, em configurações verticais e horizontais. Adicionalmente, o LEMT possui um simulador fásico de escoamento em poços horizontais. Em um protótipo especialmente construído, pode-se simular em condições de laboratório o escoamento em um poço produtor.

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