EFEITOS DA RUGOSIDADE EM ESCOAMENTOS ANULARES COM ROTAÇÃO DO CILINDRO INTERNO
Thiago Matheus Gomes Furini1; Renato do Nascimento Siqueira1
1 Instituto Federal do Espírito Santo
doi:10.20906/CPS/CON-2016-0969
Resumo
Os escoamentos anulares correspondem a uma grande parcela de estudos relacionados à aplicações industriais modernas. Aplicações como a perfuração de poços horizontais para a extração de petróleo e gás, indústria alimentícia e química são ramos que frequentemente utilizam análises experimentais e numéricas de espaços anulares. A excentricidade, a rotação e a rugosidade da coluna de perfuração, a reologia do fluido, a granulometria do cascalho, a geometria e a rugosidade do poço e o escoamento axial são alguns dos parâmetros que podem influenciar no escoamento presente em um espaço anular. Aplicando estes parâmetros a determinadas situações práticas, suas influências podem determinar perdas de produtividade ou eficiência, como no caso da limpeza de poços de perfuração de petróleo e carreamento de cascalhos dos mesmos. A rugosidade superficial presente nas paredes externas de regiões anulares torna-se o foco do presente estudo, pois as alterações presentes na superfície externa do espaço anular podem gerar variações em relação ao comportamento do escoamento do fluido no anular, aumentando a perda de carga, alterando perfis de velocidade e viscosidade efetiva e prejudicando determinados processos. Através da técnica de Dinâmica dos Fluidos Computacional, baseado no método de volumes finitos, com a utilização do software Ansys CFX 16.0, o presente trabalho visa avaliar a influência da rugosidade presente no cilindro externo sobre o escoamento turbulento de um fluido Herschel-Bulkley. A geometria analisada consiste em um espaço anular concêntrico de raio interno igual a 25,4 mm e raio externo de 50,8 mm, com rotação da coluna interna ω = 100 rpm. Com o objetivo de analisar o comportamento do fluido no regime turbulento, o número de Reynolds do escoamento é fixado em Re=4000. O presente trabalho apresenta a influência da rugosiade sobre os perfis de velocidade axial e tangencial do escoamento, perfis de viscosidade efetiva do fluido sob as condições analisadas e dados de perda de carga ao longo do anular. Os dados
Palavras-chave: Rugosidade; espaços anulares; CFD