PDC Módulo 1 Mecânico dos Fluidos - peq.coppe.ufrj.br Final... · Petalas & Aziz. F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E S R e g i m e s d e f l u x o b i f á

Reinaldo Antonio Cardoso,(Nov/2017)

PDC – Módulo 1Mecânico dos Fluidos

A G E N D A

1. Objetivos

2. Fluxo bifásico e suas aplicações1. Regimes de fluxo bifásico e sua caracterização.2. Aplicação em sistemas de condensado.

1. Fenômeno do FAC (breve descrição) e importância do regime deescoamento.

2. Modelagem de rede com o FNESS.3. Exemplo de cálculo.4. Interpretações e estudos de caso.

3. Outras aplicações.1. Alimentações de colunas2. Circuitos de refervedores3. Descargas de PSVs

3. Fluxo crítico e suas aplicações.1. Fluxo crítico e sua caracterização.2. Aplicações.

2 PDC – Módulo 1 – Mecânica dos Fluídos

O B J E T I V O S


1. Compartilhar experiências sobre a ocorrência de fenômenos “incomuns” relacionados ao fluxo de fluídos em ambiente industrial (e.g. fluxo bifásico, fluxo crítico/ sônico, etc).

2. Complementar o estudo fenomenológico desenvolvido no curso com a apresentação de métodos, práticas e ferramentas em uso na BRASKEM para tratamento desses sistemas.

3. Desenvolver a transversalidade. Partilhar experiências entre as unidades, equipes de engenharia e a academia.

A G E N D A

1. Objetivos







F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SR e g i m e s d e f l u x o b i f á s i c o e s u a c a r a c t e r i z a ç ã o

O n d e / q u a n d o o c o r r e ? A l g u n s e x e m p l o s . . .


a) Pela perda de carga natural do escoamento ...

b) Pela passagem por restrições ...

c) Pela troca de calor com o meio ...

Q

ab c



Petalas & Aziz



Petalas & Aziz




VÍDEO



Mapa de fluxo bifásico



Exemplo 1:

Identificar o regime de escoamento de um fluxo bifásico de água de 170 t/h com título de 3,8% (base massa) a 1,91 kgf/cm2g em uma tubulação vertical de 429 mm de diâmetro interno e rugosidade de 0,1 mm. Avalie qual o título máximo admissível nessa mistura para que ela permaneça na região região “slug”. Use as seguintes propriedades físicas e o mapa de fluxo fornecido:

Total Líquido Vapor

Vazão kg/h 170.000,000

Temp. oC 132,200

Pressão kscg 1,910

Inclinação ° 90,000

Título % massa 100,000 96,207 3,793

Densidade kg/m3 932,700 1,592

Viscosidade Pa.s 2,090E-04 1,300E-05

Tensão Sup. N/m 8,896





Exemplo 2:

Estude a influência do diâmetro da tubulação considerando que a mistura do exemplo 1 fluísse em tubulações de 150, 300, 429, 500 e 600 mm de diâmetro interno.Use as seguintes propriedades físicas e o mapa de fluxo fornecido:

Total Líquido Vapor

Vazão kg/h 170.000,000

Temp. oC 132,200

Pressão kscg 1,910

Inclinação ° 90,000

Título % massa 100,000 96,207 3,793

Densidade kg/m3 932,700 1,592

Viscosidade Pa.s 2,090E-04 1,300E-05

Tensão Sup. N/m 8,896



A G E N D A

1. Objetivos







VelocidadeRegime de Fluxo

GeometriaMetalurgia

F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SA p l i c a ç ã o e m s i s t e m a s d e c o n d e n s a d o - F A C


Flow Accelerated Corrosion

Erosão(Mecânico)

Corrosão(Químico)

pHOxigênio

PassivaçãoMetalurgia



Metal

Camada passivadora

Fluxo FluxoCorrosão



Metal

Camada passivadora

Fluxo FluxoCorrosão



Flow Accelerated Corrosion









FAC

Erosão acelerada

Erosão e corrosão normais

A G E N D A

1. Objetivos







F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SM o d e l a g e m d e r e d e c o m o F N E S S


A G E N D A

1. Objetivos







F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SE x e m p l o d e c á l c u l o


3,5kscg

2,75 kscg

10” SCH 40L = 10 mDZ = 0

10” SCH 40L = 7 mDZ = 7 m

10” SCH 40L = 10 mDZ = 0





















A G E N D A

1. Objetivos







F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SI n t e r p r e t a ç õ e s e e s t u d o s d e c a s o


Trocar diâmetro para 12” e fixar vazão

F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SI n t e r p r e t a ç õ e s e e s t u d o s d e c a s o


Fluxo Inadequado

Arranjo

Diâmetro

Relocar acidentes

Vaso separador

Material

Ligas mais resistentes

Espessura

Procedimentos

Inspeções frequentes

Rotina de reparo /

preventivo

A G E N D A

1. Objetivos








F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SA l i m e n t a ç ã o d e c o l u n a s

A G E N D A

1. Objetivos








F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SC i r c u i t o s d e r e f e r v e d o r e s

h

[1]

[2]

[3]

[4]

𝑃1 + 𝜌1 ∙ 𝑔 ∙ ℎ − ∆𝑃12 − ∆𝑃𝑇𝐶 − 𝜌4 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑜 − ∆𝑃34 = 𝑃1

𝜌1 ∙ 𝑔 ∙ ℎ = ∆𝑃12 + ∆𝑃𝑇𝐶 + 𝜌4 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑜 + ∆𝑃34

ℎ =∆𝑃12 + ∆𝑃𝑇𝐶 + 𝜌4 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑜 + ∆𝑃34

𝜌1 ∙ 𝑔

ℎ =∆𝑃𝑇𝐶 + 𝜌4 ∙ 𝑔 ∙ ℎ𝑜 + ∆𝑃12 + ∆𝑃34 × 𝐹

𝜌1 ∙ 𝑔

ho

Calculado pelas equações do fluxo bifásico

Evitar fluxos intermitentes


F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SC i r c u i t o s d e r e f e r v e d o r e s

EXEMPLO 3

A G E N D A

1. Objetivos








F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SD e s c a r g a d e P S V ´ s

• Vibração• Erosão• Redução de

capacidade

• Vibração• Erosão• Auto refrigeração• Contrapressão maior


F L U X O B I F Á S I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SD e s c a r g a d e P S V ´ s

A G E N D A

1. Objetivos








F L U X O C R Í T I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SF l u x o c r í t i c o e s u a c a r a c t e r i z a ç ã o

P1(constante)

P2 (variável)

A G E N D A

1. Objetivos








F L U X O C R Í T I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SA p l i c a ç õ e s - P S V s

Para proteção de uma coluna despropanizadora no cenário de falta de refluxo estima-

se que uma válvula de segurança deva operar nas condições abaixo:

• Vazão de alívio = 78.244,0 kg/h

• Temperatura de alívio = 33,6 °C

• Pressão de ajuste = 9,9 kgf/cm²g

• Acumulação = 10%

• Pressão atmosférica = 0,95 kgf/cm²

• Pressão na descarga = 0,40 kgf/cm²g (“back pressure” admitida constante)

O corte C3 (mistura de propileno, propano, propadieno e metil acetileno) a ser aliviado

tem as seguintes propriedades físicas:

• Massa molecular = 42,2

• Cp/Cv = 1,14 (gás ideal @ 60°F e 1 atm)

• Z (fat. Compressibilidade) = 0,822

Usando o método de cálculo sugerido no API-RP-520/521 e os conceitos de

escoamento sônico e subsônico avalie:

1. Uma válvula de segurança operada por mola com orifício Q (área de escoamento

de 11,05 in²) poderia ser empregada nesse serviço?

2. Qual a vantagem de operação desse dispositivo em regime sônico?


F L U X O C R Í T I C O E S U A S A P L I C A Ç Õ E SA p l i c a ç õ e s - C o n t r o l e d e v a z ã o

P

P

P

P

P

Desde que o deltaP seja suficientemente alto para garantir que todos os ramais estão em escoamento sônico, as vazões serão iguais ...

Rio de Janeiro, 30 de novembro de 2017

Obrigado!

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