Fluidodinâmica da liberação de óleo submerso em água: estudo experimental e de simulação

Abstract

A exploração de petróleo offshore em profundidade está sujeita à ocorrência de vazamento de óleo tanto em diversas situações. A caracterização das propriedades do sistema óleo /água envolvendo viscosidade, tensão interfacial e densidades, além do estudo dos padrões de escoamento desse tipo de sistema imiscível, é de extrema importância para a definição de estratégias e desenvolvimento de tecnologias aptas a lidar com vazamentos de óleo submersos. Com essa motivação, desenvolve-se um estudo do escoamento óleo/água a partir de experimentos e de simulação CFD (Fluidodinâmica Computacional) em geometria tridimensional. Além das equações de Navier-Stokes e da equação da conservação da massa, emprega-se o método Level set para acompanhamento da interface água/óleo e a técnica numérica de elementos finitos. Os experimentos consistiram na injeção óleo em meio submerso, por meio de duas geometrias, a 22°C. Testou- se três óleos e dois meios contínuos. As simulações reproduziram adequadamente o comportamento experimental, com formação de fios, gotejamento e ascensão das gotas. O diâmetro médio das gotas simuladas apresentou um atingimento acima de 88% com relação aos dados experimentais. Pode-se observar que o aumento da vazão do óleo provoca um aumento da altura de gotejamento e tempo entre liberação de gotas ao mesmo tempo em que leva a uma pequena redução no diâmetro das gotas. Em geral, o modelo reproduziu adequadamente o tamanho das gotas. De fato, os maiores desvios foram encontrados para a altura de gotejamento, a qual está relacionada ao tempo entre liberação de gotas. Para o bocal em forma de fenda, realizando-se tanto ensaios experimentais como simulações. Os resultados de simulação mais uma vez estiveram em boa sintonia com o comportamento fluidodinâmico observado nos experimentos. Atestando a pertinência da metodologia utilizada e estabelecendo este tipo de modelo como um excelente ponto de partida para a consideração de problemas de escoamento de óleo submerso segundo uma abordagem tridimensional.<br>

Abstract: The offshore oil exploration in depth is subject to the occurrence of oil leakage both in different situations. The characterization of the properties of the oil / water system involving viscosity, density and interfacial tension and the study of the flow patterns of such immiscible system is extremely important for the definition of strategies and develop technologies suitable to deal with oil spills submerged. With this motivation, develops a study of the flow oil / water from experiments and simulation CFD (Computational Fluid Dynamics) in three-dimensional geometry. In addition to the Navier-Stokes and conservation of mass equation, uses the Level-set method for monitoring the interface water / oil and numerical finite element technique. The experiments consisted in injecting oil under water by means of two geometries at 22 ° C. Three oils was tested and two continuous media. The simulations adequately reproduced the experimental behavior with yarn formation, drip and rise of drops. The mean diameter of droplets presented a simulated reaching above 88% when compared to the experimental data. It can be seen that increasing the oil flow causes an increased dropping point and time between the release of drops at the same time leads to a small reduction in droplet diameter. In general, this model adequately reproduced droplet size. In fact, the greatest deviations were found to drip point, which is related to the time between the release of droplets. For the slit-shaped nozzle, performing both experimental tests and simulations. The simulation results again were in good harmony with the fluid dynamic behavior observed in the experiments. Confirming the relevance of the methodology used and establishing this type of model as an excellent starting point for consideration of submerged oil flow problems according to a three-dimensional approach.