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https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/13404
Tipo: | Tese |
Data do documento: | 28-Abr-2021 |
Autor(es): | PEREIRA, Tiago Miranda |
Primeiro(a) Orientador(a): | VAZ, Jerson Rogério Pinheiro |
Título: | Estudo do comportamento hidrodinâmico de medidores de vazão de gás liquefeito de petróleo utilizado a teoria do elemento de pá com efeito de grade |
Título(s) alternativo(s): | Study of the hydrodynamic behavior of liquefied petroleum gas flow meters using the paddle element theory with grid effect |
Citar como: | PEREIRA, Tiago Miranda. Estudo do comportamento hidrodinâmico de medidores de vazão de gás liquefeito de petróleo utilizando a Teoria do Elemento de Pá com efeito grade. Orientador: Jerson Rogério Pinheiro Vaz. 2021. 95 f. Tese (Doutorado em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2021. Disponível em: http://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/13404. Acesso em:. |
Resumo: | Medidores de vazão tipo turbina são amplamente utilizados na indústria para a apuração de quantidades de produtos líquidos movimentados, inclusive para fins comerciais, em razão de sua elevada precisão e ampla faixa de operação. O emprego de ferramentas de engenharia para a análise e o aprimoramento do desempenho de tais medidores oferece a possibilidade de contribuição do engenheiro à sociedade, promovendo qualidade nas aferições e minimizando distorções na cadeia de distribuição de granéis líquidos potencialmente prejudiciais aos consumidores. Usualmente, os medidores de vazão tipo turbina possuem várias pás, o que torna a determinação dos coeficientes de sustentação e arrasto ainda um desafio. Por isso, considerar o efeito de grade é de fato relevante, sem o qual a velocidade angular da turbina pode ser superestimada pela análise a partir da Teoria Elemento de Pá, método BET. Neste sentido, o presente trabalho propõe a aplicação do método BET na análise do comportamento hidrodinâmico de medidores tipo turbina aplicados à medição de vazão de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). O modelo proposto calcula a correção para o efeito de grade devido à solidez local ao longo do comprimento das pás da turbina, de forma a predizer com acurácia os coeficientes de sustentação e arrasto em cada seção da pá. Parâmetros operacionais do equipamento são obtidos a partir do modelo proposto e comparados com a performance de campo de um sistema de medição existente e em operação na indústria, para diversas condições ao longo da faixa de operação, revelando satisfatória coerência. Para a análise, é desenvolvido modelo de simulação através de técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD), que também é utilizado para a predição da susceptibilidade à cavitação nos medidores tipo turbina, tendo em vista a possibilidade de indicação de limites de operação dentro dos quais as condições de funcionamento se mantêm dentro das especificações. Como resultado, o estudo indica que o desempenho de medidores de vazão tipo turbina pode ser previsto pela estratégia de modelagem computacional proposta com base no modelo BET, e que os resultados de campo para velocidade angular e linearidade podem ser reproduzidos com precisão. |
Abstract: | Turbine flowmeters are widely applied in industry to quantify transferred amounts of liquid products, even for commercial purposes, due to its high accuracy and large operational range. The development of engineering computational tools to analyze and improve performance of such meters offers to the engineer the possibility of contribution to society, increasing quality of measurements and minimizing distortions in supply chain potentially harmful to final consumers. Most turbine flowmeters have several blades, becoming the determination of lift and drag coefficients still challenge. This makes cascade effect indeed relevant, without which the performance of the turbine can be overestimated by the Blade Element Theory (BET) analysis. Hence, the present work proposes the application of BET to the analysis of hydrodynamic behavior of turbine flowmeters applied to Liquefied Petroleum Gas (LPG) measurement. The proposed model calculates the cascade effect correction due to the local solidity throughout turbine blades length, in order to accurately predict lift and drag coefficients at each blade section. Operational parameters of the studied equipment are obtained from the proposed computational model and compared to the field performance of an existent measurement system for several conditions within the operational range, revealing satisfactory coherence. For this analysis, computational fluid dynamics (CFD) techniques are employed, through the finite volume method. For validation of the CFD model, computational results are compared to in-situ data acquired during regular operation of the measurement system. Cavitation susceptibility is also evaluated through the CFD model, in order to provide indication of boundary limits inside which operational conditions are maintained within specifications. As a result, the study indicates that turbine flowmeter performance can be predicted by the proposed computational modeling strategy based on the BET analysis and field results of angular velocity and linearity can be accurately reproduced. |
Palavras-chave: | Medidor de vazão tipo turbina Teoria do Elemento de Pá Dinâmica dos Fluidos Computacional Efeito de grade Cavitação Turbine flowmeter Blade Element Theory Computational Fluid Dynamics Cascade effect Cavitation |
Área de Concentração: | USO E TRANSFORMAÇÃO DE RECURSOS NATURAIS |
Linha de Pesquisa: | MEIO AMBIENTE E ENERGIA |
CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Pará |
Sigla da Instituição: | UFPA |
Instituto: | Instituto de Tecnologia |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia |
Tipo de Acesso: | Acesso Aberto |
Fonte: | 1 CD-ROM |
Aparece nas coleções: | Teses em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (Doutorado) - PRODERNA/ITEC |
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