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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Modelagem de carregamento dinâmico devido a escoamento em golfadas com gradiente de pressão e sua influência em um duto reto horizontal supenso
Title Alternative: Modeling dynamic efforts induced by slug flow considering the pressure gradient and its influence in a horizontal hanging pipeline
Author: Santos, Gabriel Meneses, 1995-
Advisor: Bordalo, Sérgio Nascimento, 1956-
Abstract: Resumo: Os escoamentos bifásicos de líquido e gás em dutos na indústria do petróleo ocorrem frequentemente no padrão de golfadas (slugs). Este padrão se caracteriza por sequências alternadas de bolhas de gás e pistões de líquido na direção longitudinal do escoamento. Golfadas geram cargas variáveis que excitam as tubulações, podendo induzir deslocamentos e tensões oscilatórias de grande magnitude, colocando em risco a integridade física dos dutos. O presente trabalho tem como objetivo prover uma modelagem para a simulação computacional de golfadas não uniformes para possibilitar a análise do comportamento dinâmico de tubulações conduzindo este tipo de escoamento. A metodologia proposta nesta dissertação foi testada para uma tubulação reta, rígida, horizontal e suspensa, bi apoiada nas extremidades. O modelo empregado neste trabalho apoiou-se em uma proposta desenvolvida anteriormente para golfadas regulares. O presente modelo leva em consideração a expansão das bolhas de gás no percurso entre a entrada e a saída da tubulação, devido ao gradiente de pressão, resultando em uma sequência longitudinal não-uniforme de golfadas. O modelo de distribuição de massa do escoamento em golfadas é implementado em uma sub-rotina de um software pré-existente de simulação de comportamento mecânico de tubulações sujeita a carregamentos dinâmicos. As respostas dinâmicas do duto submetido às excitações das golfadas não uniformes ¿ o deslocamento transversal, o momento fletor e a tensão de flexão ¿ foram analisadas em termos da taxa global de expansão do gás, e comparadas com as respostas dinâmicas para golfadas regulares. Concluiu-se que uma distribuição de golfadas não uniformes impõe uma excitação mais complexa, enquanto que uma golfada regular apresenta uma excitação com frequência de valor único bem determinado. Consequentemente, a resposta dinâmica da tubulação às golfadas não uniformes é diferente comparativamente às golfadas regulares, dependendo da variação de pressão existente

Abstract: The oil and gas biphasic flow in petroleum industry pipelines occurs frequently in slug pattern. This kind of flow pattern is characterized by an alternate sequence of bubbles of gas and pistons of liquid in the longitudinal flow direction. Slugs generate variable loads able to excite pipelines, inducing displacements and oscillatory tensions of great magnitude, raising concerns about the physical integrity of the pipe¿s structure. The present work has the aim to develop a computational modelling simulation system of irregular slugs, making possible to analyse the dynamic behaviour of horizontal pipelines flowing this kind of pattern. The proposed methodology in this dissertation was tested in a straight, horizontal, rigid, hanging, bi supported in both ends pipeline. The development of such methodology was based in a previous model of regular slug simulations. The present model takes in account the bubble length expansion along the pipeline, generated by the consideration of the pressure gradient between the pipeline¿s entrance and end, resulting in a longitudinal sequence of non-uniform slugs. The model used to calculate the mass distribution of the slug flow is implemented in a subroutine of a pre-existent software, able to simulate the mechanical behaviour of pipelines exposed to dynamic loads. The dynamic responses of a pipeline exposed to irregular slug¿s excitation ¿ vertical displacement, bending moment and bending stress ¿ were analysed in terms of the gas expansion global rate, and were compared with the same dynamic responses induced by a regular slug flow. By the end, it is possible to conclude that the irregular slug distribution imposes a more complex excitation over the pipe, while the regular slug flow induces an excitation with a single well determined value of frequencies. Consequently, the dynamic responses of a pipeline subjected to irregular slug flow is comparatively different from the ones induced by regular slug flows, depending on the pressure gradient acting along the pipeline length
Subject: Dutos
Escoamento intermitente
Fadiga
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: SANTOS, Gabriel Meneses. Modelagem de carregamento dinâmico devido a escoamento em golfadas com gradiente de pressão e sua influência em um duto reto horizontal supenso. 2019. 1 recurso online (171 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica e Instituto de Goeciências, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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