[en] DRAG REDUCTION IN PIPELINES TWO-PHASE FLOW

[pt] REDUÇÃO DE ARRASTE EM ESCOAMENTO BIFÁSICO EM TUBULAÇÕES

[pt] BRUNO JOSE PIMENTEL PINTO

[pt] MODELO DE DOIS FLUIDOS

[pt] REDUCAO DE ARRASTE

[pt] ESCOAMENTO EM GOLFADAS

[en] TWO FLUID MODEL

[en] DRAG REDUCTION

[en] SLUG FLOW

[pt] A otimização do transporte de fluidos em tubulações é fundamental para aumentar a eficiência operacional e custos associados. O alto atrito característico desses escoamentos acarreta perdas significativas de energia, além de elevar substancialmente os custos de operação. Nesse contexto, a utilização de polímeros como agentes redutores de arraste surge como uma solução promissora, capaz de aumentar a vazão e reduzir o consumo energético. A previsão do potencial de redução de arraste é essencial não apenas na fase de projeto de novas tubulações, dimensionadas para atender a demandas específicas, mas também na operação de sistemas existentes. Essa previsão orienta a definição da frequência e da quantidade de polímero a ser injetada, otimizando o desempenho do sistema. Este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho numérico da utilização de fatores de redução de atrito, obtidos em escoamentos monofásicos, em tubulações operando sob condições de escoamento bifásico, no padrão de golfadas, na previsão da redução do arraste. Foram considerados diferentes cenários de escoamento com o propósito de avaliar os efeitos da adição de polímeros na redução da perda de carga, bem como nas grandezas estatísticas associadas às golfadas - como comprimento, velocidade de deslocamento e frequência. Boa concordância foi obtida com os valores experimentais dessas grandezas. Mostrou-se que introdução de polímeros promove redução significativa da perda de pressão e, consequentemente, diminuição do consumo energético. Os resultados reforçam o potencial da utilização do Modelo de Dois Fluidos acrescido de fatores de redução de arraste monofásicos para prever o desempenho de aditivos poliméricos em escoamentos bifásicos complexos.

[en] Optimizing fluid transport in pipelines is essential to increase operational efficiency and reduce associated costs. The high friction characteristic of these flows leads to significant energy losses and substantially raises operating expenses. In this context, the use of polymers as drag-reducing agents emerges as a promising solution, capable of increasing throughput and lowering energy consumption. Predicting the drag-reduction potential is crucial not only during the design phase of new pipelines-sized to meet specific demands-but also in the operation of existing systems. Such predictions guide the determination of the frequency and dosage of polymer injections, thereby optimizing system performance. This work aims to analyze, via numerical simulation, the performance of friction-reduction factors derived from single-phase flows when applied to pipelines operating under two-phase flow conditions, in slug pattern, to predict drag reduction. Various flow scenarios were considered to evaluate the effects of polymer addition on pressure-drop reduction as well as on slug-flow statistics - such as slug length, its propagation velocity, and frequency. Good agreement was obtained with experimental measurements of these quantities. It was shown that polymer injection significantly reduces pressure loss and, consequently, energy consumption. The results underscore the potential of employing the Two-Fluid Model augmented with single-phase drag-reduction factors to predict the performance of polymer additives in complex two-phase flows.

ANGELA OURIVIO NIECKELE

2025-07-14

[pt] TEXTO

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.71549