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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA DEM/POLITÉCNICA/UFRJ SELEÇÃO DE UMA BOMBA CENTRIFUGA RESPONSÁVEL PELO TRANSPORTE DE ÓLEO E ÁGUA OLEOSA NA ETAPA DE SEPARAÇÃO E DESIDRATAÇÃO EM UMA FPSO José Ramon Fabrício dos Santos Projeto de Graduação apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Prof. Thiago Gamboa Ritto, D. Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL MARÇO DE 2014

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

DEM/POLITÉCNICA/UFRJ

SELEÇÃO DE UMA BOMBA CENTRIFUGA RESPONSÁVEL PELO TRANSPORTE DE ÓLEO E ÁGUA OLEOSA NA ETAPA DE SEPARAÇÃO E DESIDRATAÇÃO EM

UMA FPSO

José Ramon Fabrício dos Santos

Projeto de Graduação apresentado ao Curso

de Engenharia Mecânica da Escola Politécnica,

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

parte dos requisitos necessários à obtenção do

título de Engenheiro.

Orientador: Prof. Thiago Gamboa Ritto, D. Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

MARÇO DE 2014

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

DEM/POLITÉCNICA/UFRJ

SELEÇÃO DE UMA BOMBA CENTRIFUGA RESPONSÁVEL PELO TRANSPORTE DE ÓLEO E ÁGUA OLEOSA NA ETAPA DE SEPARAÇÃO E DESIDRATAÇÃO EM

UMA FPSO

José Ramon Fabrício dos Santos

PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE

ENGENHARIA MECÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS

PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO MECÂNICO.

Aprovado por:

________________________________________________ Prof. Thiago Gamboa Ritto, D. Sc. - Orientador.

________________________________________________

Prof. Manuel Ernani de Carvalho Cruz, Ph. D.

________________________________________________

Prof. Daniel Onofre de Almeida Cruz, D. Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

MARÇO DE 2014

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Santos, José Ramon Fabrício.

Seleção de uma bomba centrifuga responsável pelo transporte de óleo e água oleosa na etapa de separação e desidratação em uma FPSO / José Ramon Fabrício dos Santos – Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2014.

XI,62p.:il.; 29,7 cm

Orientador: Thiago Gamboa Ritto, D.Sc.

Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica / Curso de Engenharia Mecânica, 2014.

Referências Bibliográficas: p.61

1. Introdução. 2. Conceitos Gerais, Classificação e Características das bombas. 3. Conceitos Teóricos. 4.Estudo do Caso. 5. Conclusão.

I. De Falco, Reinaldo. II.Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Curso de Engenharia Mecânica. III Seleção de uma bomba centrifuga responsável pelo transporte de óleo e água oleosa na etapa de separação e desidratação em uma FPSO.

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AGRADECIMENTOS

A Deus, pelas oportunidades concedidas durante a minha vida.

Aos meus pais, pelo suporte, dedicação e carinho em todas as etapas da minha vida.

Ao meu irmão, pelo companheirismo e apoio em todos os meus projetos.

Aos meus amigos, que me ajudaram de forma direta ou indireta a chegar até aqui.

Ao Professor Reinaldo De Falco, pelo conhecimento e oportunidade de desenvolver

este trabalho.

Ao Professor Thiago Ritto, por aceitar ser o orientador deste trabalho.

Aos Professores Daniel Onofre de Almeida Cruz e Manuel Ernani de Carvalho Cruz,

por aceitarem o convite para fazer parte da banca.

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Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.

SELEÇÃO DE UMA BOMBA CENTRIFUGA RESPONSÁVEL PELO TRANSPORTE DE ÓLEO E ÁGUA OLEOSA NA ETAPA DE SEPARAÇÃO E DESIDRATAÇÃO EM UMA FPSO

José Ramon Fabrício dos Santos

Março/2014

Orientador: Thiago Gamboa Ritto, D. Sc.

Curso: Engenharia Mecânica

Com o aumento do consumo de energia mundial e consequentemente o consumo de petróleo, se fez necessário a busca por meios cada vez mais eficientes para a extração do mesmo, visando um menor custo no produto final e evitando desperdícios. No processo de produção de petróleo vários equipamentos são utilizados, um dos maiores gastos de energia no processo se da com o sistema de bombeamento dos fluidos. Neste trabalho foi feita a seleção de uma bomba centrifuga para uma das etapas de separação e desidratação do óleo em um projeto de um navio plataforma (FPSO), de maneira a atender todos os casos do processo, e foi feita também uma analise na linha real instalada para verificar se a bomba selecionada continuaria atendendo as condições do processo após as modificações feitas na mesma.

Palavras-chave: Bomba, curvas características, separador gravitacional, desidratador

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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Mechanical Engineer.

CENTRIFUGAL PUMP SELECTION FOR TRANSPORTATION OF OIL AND OILY WATER ON A FPSO SEPARATION AND DEHYDRATION SYSTEM

José Ramon Fabrício dos Santos

March/2014

Advisor: Thiago Gamboa Ritto, D. Sc.

Course: Mechanical Engineering

With the increase of energy consumption on the world and consequently oil consumption, an efficient way of oil extraction and the seeking for lower cost and avoiding waste became necessary. On oil production process lots of equipments are used, and one of the biggest energy cost on this process is oil pumping system. On this work was made a centrifugal pump selection for one stage of oil processing at a Platform Vessel (FPSO), so that meets all process cases. It was also made an analysis on the real installed line to verify if the selected pump would continue meeting process condition’s after the changes made on it.

Keywords: Pump, Characteristic Curves, Free Water Seperator, Dehydratror

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Conteúdo

1. Introdução ............................................................................................................................ 1

2. Objetivo ................................................................................................................................ 1

3. Conceitos gerais, classificação e características das bombas ................................... 2

3.1 Classificação das bombas ........................................................................................ 2

3.2 Características das bombas ..................................................................................... 3

3.2.1 Turbobombas ou dinâmicas .................................................................................... 3

3.2.2 Volumétrica ou de deslocamento positivo ...................................................... 5

4. Conceitos teóricos .............................................................................................................. 6

4.1 Propriedades dos fluidos ........................................................................................... 6

4.1.1 Massa específica (ρ) .......................................................................................... 6

4.1.2 Volume específico (ϑe) ....................................................................................... 6

4.1.3 Peso específico (γ) ............................................................................................. 7

4.1.4 Densidade relativa (d) ........................................................................................ 7

4.1.5 Pressão de vapor (Pv) ........................................................................................ 7

4.2 Escoamento de fluido em tubulações ................................................................. 8

4.2.1 Número de Reynolds (Re) ................................................................................ 8

4.2.2 Teorema de Bernoulli ........................................................................................... 10

4.2.3 Perda de carga.................................................................................................. 11

4.3 Curvas características das bombas....................................................................... 18

4.3.1 Curva carga (H) x vazão (Q) ........................................................................... 18

4.3.2 Curva potência absorvida (Pot abs) x vazão (Q) ........................................... 19

4.3.3 Curva de rendimento total (η) x vazão (Q) ................................................... 20

4.4 Características do sistema ...................................................................................... 21

4.4.1 Altura manométrica de descarga (Hd) ........................................................... 22

4.4.2 Altura manométrica de sucção (Hs) ............................................................... 23

4.4.3 Curva do sistema .............................................................................................. 24

4.5 Cavitação ................................................................................................................... 26

4.5.1 Equacionamento da cavitação ....................................................................... 26

4.5.3 NPSH disponível (NPSHd) .............................................................................. 27

4.5.4 Avaliação das condições de cavitação ......................................................... 29

5. Estudo do caso ......................................................................................................... 30

5.1 Sistema de bombeamento ...................................................................................... 30

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5.2 Premissas do projeto ............................................................................................... 30

5.3 Cálculo da altura manométrica de descarga (Hd) ................................................ 31

5.4 Calculo da altura manométrica de sucção (Hs).................................................... 41

5.5 Construção da curva do sistema ............................................................................ 45

5.6 Construção da curva NPSH disponível versus vazão ........................................ 47

5.7 Seleção da bomba ................................................................................................... 49

5.8 Comparação entre os fabricantes .......................................................................... 54

5.9 Modificações das linhas de sucção e descarga .................................................. 57

6. Conclusão .......................................................................................................................... 60

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 61

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1. Introdução

Com o aumento da demanda mundial de petróleo nos últimos tempos, devido a um

maior consumo de energia e a maioria dos produtos usados pela sociedade, de forma

direta ou indireta, serem derivados do petróleo, se fez necessário a busca por meios

cada vez mais eficientes e seguros para a extração do mesmo. Um dos maiores

gastos energéticos no processo de produção de petróleo se da com o sistema de

bombeamento dos fluidos na plataforma.

Diversas bombas são utilizadas durante o processo de produção de petróleo em

um navio plataforma, isso acontece devido ao óleo passar por varias etapas de

filtração, separação e tratamento no navio até chegar em sua composição final. Em

cada uma dessas etapas podemos ter diferentes propriedades do fluido, bem como

condições de processo diferentes, se fazendo necessário então uma bomba especifica

para cada situação.

Neste trabalho vamos analisar o sistema de bombeamento em um dos processos

de separação e desidratação que leva o óleo do desidratador para o separador

gravitacional.

2. Objetivo

Este trabalho tem por objetivo selecionar de forma adequada e mais eficiente

possível, uma bomba centrifuga que leva o óleo/água oleosa do desidratador para o

separador gravitacional, em um navio plataforma de produção, atendendo a todas as

condições do processo.

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3. Conceitos gerais, classificação e características das bombas

Este capítulo tem por objetivo a apresentação dos tópicos mais importantes para a

seleção de bombas, bem como a classificação, características e funcionamento das

mesmas.

3.1 Classificação das bombas

Neste capitulo serão apresentadas os principais tipos de bombas. As bombas são

definidas como maquinas hidráulicas que tem por objetivo fornecer energia ao fluido e

assim transporta-lo de um ponto a outro de acordo com as condições de processo.

A figura 3.1 ilustra os principais tipos de bomba que são classificadas de acordo

com a sua aplicação ou pela forma que a energia é cedida ao fluido. [1]

Figura 3.1 – Classificação das bombas

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3.2 Características das bombas

Iremos comentar agora sobre as características dos principais tipos de bombas,

em especial das bombas centrifugas que é o tipo de bomba utilizada neste projeto.

3.2.1 Turbobombas ou dinâmicas

Nas turbobombas ou bombas dinâmicas o movimento do liquido se da pelo

movimento do impelidor, parte móvel da bomba em forma de roda, dotada de um

certo numero de pás que gira e acelera o liquido. Os diferentes tipos de turbobombas

são caracterizados pela forma como o impelidor cede energia ao liquido bem como a

orientação do mesmo na saída do impelidor.

3.2.1.1 Bombas centrífugas

As bombas centrífugas são caracterizadas pelo fato de que a energia cedida ao

líquido é primeiramente em forma de energia cinética e posteriormente convertida em

energia de pressão. A conversão de energia cinética em energia de pressão se da

pelo aumento progressivo de área da carcaça que envolve o impelidor (carcaça em

voluta Figura 3.2) ou por pás difusoras fixadas a carcaça (Figura 3.3).

Figura 3.2 – Carcaça em voluta [1] Figura 3.3 – Carcaça em difusor [1]

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3.2.1.2 Bombas de fluxo axial

As bombas de fluxo axial positivo são caracterizadas pelo fato de que a energia cinética

cedida ao liquido se da por forças puramente de arrasto e o movimento do fluido é paralelo ao

eixo de rotação.

Figura 3.4 – Bomba de fluxo axial [3]

3.2.1.3 Bombas de fluxo misto

As bombas de fluxo misto são caracterizadas pelo fato de que a energia cedida ao

liquido se da parte por forças centrifugas e parte por forças de arrasto. Nas bombas

desse tipo, o ângulo de saída do liquido em relação a entrada fica entre 90º e 180º, a

figura 3.5 ilustra um impelidor para esta bomba.

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Figura 3.5 – Bomba de fluxo misto [1]

3.2.1.4 Bombas periféricas ou regenerativas

Neste tipo de bomba o fluido é arrastado através do impelidor com palhetas em

sua periferia, e de acordo com a redução de velocidade da carcaça e energia cinética

é convertida em energia de pressão.

3.2.2 Volumétrica ou de deslocamento positivo

A principal característica desse tipo de bomba é que a energia é entregue ao fluido

sob a forma de pressão, assim não se faz necessário a conversão de energia como

nas bombas centrifugas. O nome bombas volumétricas se da pelo movimento das

partes moveis da bomba e do fluido. O liquido enche espaços e depois é expulso dos

mesmos com um volume determinado. Existem dois tipos de bombas dentro desse

grupo, as alternativas e as rotativas. As alternativas são utilizadas quando se tem

necessidade de cargas elevadas e baixas vazões. As bombas rotativas conseguem

operar com vazões maiores.

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Figura 3.6 – Bomba alternativa de êmbolo Figura 3.7 – Bomba alternativa de êmbolo

4. Conceitos teóricos

Neste capítulo iremos apresentar alguns conceitos de mecânica dos fluidos

necessários para os cálculos do projeto e seleção das bombas, bem como suas

curvas características e do sistema.

4.1 Propriedades dos fluidos

Nesta seção iremos apresentar as principais propriedades dos fluidos para o

estudo das bombas. [4]

4.1.1 Massa específica (ρ)

A massa específica de uma substância é definida como a quantidade de massa

que ocupa um determinado volume.

4.1.2 Volume específico (ϑe)

O volume específico de uma substância é definido como o volume ocupado pela

unidade de massa, o inverso da massa específica.

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4.1.3 Peso específico (γ)

O peso específico de uma substância é definido como a razão entre seu peso e a

unidade de volume, podendo ser representado pela eq. 4.1. [5]

γ =ρ.g (4.1)

Onde,

ρ – Massa específica da substância [kg/m3]

g – Aceleração da gravidade [m/s2]

4.1.4 Densidade relativa (d)

A densidade é a razão entre a massa específica de uma determinada

substância de interesse e massa específica de uma substância de referência em

condições padrão. No estado sólido ou líquido a substância de referência é a água e

no estado gasoso o ar. [5]

4.1.5 Pressão de vapor (Pv)

A pressão na qual ocorre a coexistência das fases líquidas e vapor, para uma

determinada temperatura abaixo da temperatura crítica (acima desta temperatura não

há a possibilidade de coexistir as fases líquida e vapor fig 4.1), é denominada pressão

de vapor.

As bombas são projetadas normalmente para operar apenas com líquidos, assim

quando a pressão do líquido é reduzida a níveis iguais ou inferiores a pressão de

vapor, acarreta sérios danos que serão detalhados na seção 4.5.

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Figura 4.1 – Variação da pressão de vapor com a temperatura [1]

4.2 Escoamento de fluido em tubulações

Esta seção tem o objetivo de apresentar e fazer algumas considerações em

relação ao escoamento de fluidos em tubulações, parte muito importante no estudo de

bombas. [1]

4.2.1 Número de Reynolds (Re)

Grupo adimensional mais importante na analise de escoamento de fluidos

incompressíveis, o número de Reynolds relaciona a força de inércia e a força devido a

viscosidade do fluido, a partir dele é possível caracterizar o escoamento como

turbulento ou laminar. Ele pode ser determinado pela eq. 4.2.

�� = ���µ

(4.2)

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Onde:

D – diâmetro interno da tubulação

V – velocidade de escoamento do fluido

ρ - massa específica da substância

µ - viscosidade absoluta

Assim, conhecendo os valores de D, V, ρ e µ, é possível determinar então o número

de Reynolds e caracterizar o escoamento da seguinte forma:

Re < 2000 Regime laminar

2000 < Re <4000 Regime de transição laminar-turbulento

Re > 4000 Regime turbulento

Figura 4.2 – Regime laminar - Distribuição de velocidade na seção transversal do tubo [1]

Figura 4.3 – Regime turbulento – Distribuição de velocidade na seção transversal do tubo [1]

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4.2.2 Teorema de Bernoulli

Podendo ser considerado um caso particular do princípio de conservação de

energia, o teorema de Bernoulli relaciona as variações de energia de pressão, energia

cinética e energia potencial gravitacional ao longo de uma linha de corrente. A

expressão para este teorema pode ser representada da seguinte forma:

� + �²

� + � = ��������� (4.3)

Ou ainda

� + �²

�� + = ��������� (4.4)

Onde,

P – pressão

V – velocidade de escoamento

Z – altura estática do fluido

ρ – massa específica da substância

γ – peso específico do fluido

Para poder ser aplicado o teorema de Bernoulli as seguintes condições devem ser

satisfeitas:

1. Escoamento em regime permanente

2. Escoamento ao longo de uma linha de corrente

3. Escoamento incompressível

4. Escoamento sem atrito

O teorema de Bernoulli mostrado acima não considera as perdas de energia

devido ao trabalho de atrito, viscosidade e turbilhonamento, assim para líquidos reais é

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feita uma adaptação adicionando o termo hf que representa essas perdas, e a

equação fica da seguinte forma:

� + �� + ��²

�� = � + �� + ��²

�� + ℎ� (4.5)

hf – energia por unidade de peso perdida pelo fluido para ir no ponto 1 ao ponto 2.

4.2.3 Perda de carga

Representado por hf no teorema de Bernoulli a perda de carga como foi dito

anteriormente é a energia por unidade de peso perdida no trecho da tubulação de

interesse. Nesta seção iremos mostrar como determinar essa perda de carga, que

pode ser dividida em duas partes, a perda de carga normal (hfn) e a perda de carga

localizada (hfl), que serão mais detalhadas a seguir. Para determinar hf então usamos

a seguinte relação:

ℎ� = ℎ�� + ℎ�� (4.6)

4.2.3.1 Perda de carga normal

A perda de carga normal é a perda proveniente dos trechos retos da tubulação,

ela pode ser obtida a partir da fórmula de Darcy-Weisbach que é mostrada abaixo:

ℎ�� = � �� . �²

�� (4.7)

onde:

f – fator de atrito

L – comprimento do tubo [m]

D – diâmetro interno da tubulação [m]

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V – velocidade do escoamento [m/s]

g – aceleração da gravidade [m/s²]

O fator de atrito f é função do número de Reynolds e da rugosidade relativa (ε/D),

que é a razão entre a rugosidade da tubulação (ε) e seu diâmetro (D). Em

escoamentos laminares o fator de atrito pode ser obtido a partir da seguinte relação:

� = !"#$

(4.8)

No regime turbulento, o fator de atrito pode ser obtido a partir do Ábaco de Moody

(figura 4.4) ou pela equação 4.9 . Tendo o conhecimento do número de Reynolds e da

rugosidade relativa, é possível então determinar o fator de atrito.

�%� = −2,0 log -� ./

0,1 + �,2�#3%�4 (4.9)

No regime completamente rugoso o fator f é independente do número de Reynolds

e pode ser obtido a partir da figura 4.5, de posse apenas do diâmetro da tubulação e

da rugosidade relativa.

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Figura 4.4 – Ábaco de Moody [1]

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Figura 4.5 – Rugosidade relativa e coeficiente de atrito para regime completamente turbulento [1]

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4.2.3.2 Perda de carga localizada

As perdas localizadas são aquelas provenientes dos acidentes (válvulas, curvas,

etc) presentes na tubulação, geralmente essas perdas são relativamente menores do

que as perdas distribuídas, quando o sistema possui longos trechos de seção

constante. Essas perdas podem ser determinadas a partir da seguinte equação:

ℎ�� = 5 �²�� (4.10)

onde:

K – coeficiente de perda

O coeficiente de perda K é determinado experimentalmente para cada tipo de

acidente, geralmente os fabricantes dos equipamentos disponibilizam os valores de K

e podemos obte-los também através de algumas literaturas.

Outra maneira de se obter as perdas localizadas é pelo método do comprimento

equivalente, que nada mais é do que um comprimento reto de tubulação que causa a

mesma perda de carga que a perda localizada de um determinado acidente, e pode

ser expresso como:

ℎ�� = � �$� �²

�� (4.11)

onde:

Le – comprimento equivalente de tubo reto

Os valores de Le dependem do diâmetro da tubulação e são tabelados.

Alguns valores de K e Le são mostrados abaixo:

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Figura 4.6 – Comprimento equivalente para joelhos e curvas [1]

Figura 4.7 – Coeficiente de perda para curva 90º raio normal e longo(D[in]) [1]

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Figura 4.8 – Coeficientes de perda para válvula gaveta rosqueada e flangeada (D[in]) [1]

Figura 4.9 – Coeficiente de perda para válvula de retenção rosqueada e flangeada (D[in])[1]

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Figura 4.10 – Comprimento equivalente e coeficiente de perda para diferentes entradas e saídas [1]

4.3 Curvas características das bombas

Disponibilizadas pelos fabricantes, as curvas características das bombas são

fundamentais para obtenção do ponto de trabalho. A seguir apresentaremos as três

curvas características tradicionais. [1]

4.3.1 Curva carga (H) x vazão (Q)

A vazão é definida como o volume de fluido que passa por uma seção em um

determinado tempo e a carga de uma bomba, ou também conhecida como head, é a

energia por unidade de peso que a bomba é capaz de fornecer ao fluido.

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Essa curva é de suma importância para saber se uma bomba atende as condições

do sistema, pois com ela podemos saber a energia que a bomba pode disponibilizar

para cada vazão.

Figura 4.12 – Curva Head x xVazão [1]

4.3.2 Curva potência absorvida (Pot abs) x vazão (Q)

A potência absorvida é a potencia que o acionador entrega a bomba e pode ser

determinada pela seguinte equação:

6��789 = �:;12< (4.12)

Onde:

Potabs – potência absorvida [CV]

Q – vazão [m³/s]

H – head [m]

η – rendimento da bomba

γ – peso específico [kgf/m³]

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Esta curva é importante para a seleção do motor de alimentação da bomba,

que deve ser capaz de suprir os limites dos pontos de operação, um exemplo dessa

curva segue abaixo:

Figura - 4.13 – Curva Potência absorvida x vazão [1]

4.3.3 Curva de rendimento total (η) x vazão (Q)

O rendimento total é definido como o produto do rendimento hidráulico (ηH),

rendimento mecânico (ηm) e rendimento volumétrico (ηv). O rendimento hidráulico leva

em consideração as perdas por atrito do liquido e turbulência, o rendimento

volumétrico leva em consideração a perda por recirculação e o rendimento mecânico

perdas nos mancais e sistemas de vedação e fricção no disco.

η = η>. η?. η@ (4.13)

O rendimento total também pode ser obtido a partir da seguinte equação:

η = ABê�DE7úBE�D3GEG77A��HEGAABê�DE7789AIJEG7K3�78AL87 = ABM

ABNOP (4.14)

onde:

6��D = �:;12 [CV] (4.15)

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21

sendo:

Q – vazão [m³/s]

H – head [m]

γ – peso específico [kgf/m³]

A curva característica de rendimento é ilustrada abaixo:

Figura 4.14 – Curva rendimento x vazão

O ponto Q* é conhecido como BEP (Best efficiency point), que é o ponto de máxima

eficiência.

4.4 Características do sistema

A curva de head x vazão é fundamental para determinar o ponto de trabalho, mas

não suficiente, é necessário também conhecer a curva do sistema para saber a

quantidade de energia por unidade de peso que o sistema solicitará para cada vazão.

A esta energia por unidade de peso dar-se o nome de altura manométrica do sistema

(H).

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A determinação da altura manométrica do sistema é determinada pela

diferença entre a altura manométrica de descarga (Hd) e de sucção (Hs) (eq. 2.15), que

serão definidas a seguir. [1]

Q = QG − Q9 (4.16)

4.4.1 Altura manométrica de descarga (Hd)

A altura manométrica de descarga é a energia por unidade de peso que é

necessária no flange de descarga para o líquido alcançar o final da linha de descarga,

de acordo com as condições do processo.

Podemos determinar Hd aplicando o teorema de Bernoulli entre o flange de

descarga e o final da linha de descarga, assim a expressão para a altura manométrica

de descarga fica:

QG = G − R� + ℎ�G (4.17)

onde:

Zd – altura estática de descarga

γ – peso específico

Pd – pressão manométrica no reservatório de descarga

hfd – perda de carga normal e localizada na linha de descarga

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Figura 4.15 – Configuração da linha de descarga para reservatório de recalque pressurizado [1]

4.4.2 Altura manométrica de sucção (Hs)

A altura manométrica de sucção pode ser entendida como a energia por unidade

de peso presente no flange de sucção. Uma forma de determinar Hs é aplicando o

teorema de Bernoulli entre o flange de sucção da bomba e um ponto na superfície do

reservatório de sucção. Assim a altura manométrica de sucção pode ser expressa da

seguinte forma:

Q9 = 9 + P� − ℎ�9 (4.18)

onde:

Zs – altura manométrica de sucção

Ps – pressão manométrica no reservatório de sucção

hfs – perda de carga normal e localizada na linha de sucção

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Figura 4.16 – Configuração da linha de sucção para reservatório de sucção pressurizado [1]

4.4.3 Curva do sistema

A curva da altura manométrica versus a vazão é conhecida como curva do

sistema, como já vimos a altura manométrica é igual a diferença entra a altura

manométrica de descarga e sucção definidas anteriormente, assim temos:

Q = QG − Q9

Q = STRUP� V + W G − 9XY + Z[ℎ�G + ℎ�9\] (4.19)

Onde a primeira parcela é conhecida como H estático (não varia com a vazão) e o

segundo termo como H de fricção (varia com a vazão).

Para fazer a curva do sistema devemos escolher seis valores para a vazão, o

primeiro para vazão igual a zero (Shutoff), o segundo para a vazão de operação, dois

valores abaixo da vazão de operação e dois acima, determina-se a altura manométrica

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do sistema para cada um desses valores de vazão, assim podemos traçar a curva do

sistema.

Figura 4.17 – Curva do sistema [1]

Para determinar o ponto de trabalho, basta agora plotar a curva do sistema junto com

a curva Head x vazão da bomba, o ponto de interseção entre as duas curvas será o

ponto de trabalho, e plotando as outras curvas características podemos analisar o

rendimento e a potência absorvida para o este ponto.

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Figura 4.18 – ponto de trabalho

4.5 Cavitação

Quando a pressão absoluta em algum ponto do sistema atinge níveis iguais ou

menores do que a pressão de vapor do liquido na temperatura de bombeamento,

ocorre o fenômeno conhecido como cavitação. No estado de cavitação parte do liquido

se vaporiza havendo formação de bolhas, quando essas bolhas chegarem numa

região de pressão absoluta maior do que a pressão de vapor ocorre um colapso nas

bolhas que retornam a fase líquida, como a volume específico do vapor é maior do que

o do líquido esse retorno a fase líquida faz surgir um vazio que provoca uma onda de

choque. A cavitação provoca barulho, alteração das curvas características, vibração e

danificação do material, sendo então muito prejudicial a saúde da bomba. [1]

4.5.1 Equacionamento da cavitação

Como vimos o fenômeno da cavitação pode causar alguns inconvenientes, vamos

então equacionar a cavitação de forma a tentar evitar o acontecimento desse

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fenômeno. Para isso vamos definir o conceito de NPSH (Net Positive Suction Head)

requerido e disponível que serão explicados a seguir.

4.5.2 NPSH requerido (NPSHr)

A energia por unidade de peso mínima que deve existir no flange de sucção acima da

pressão de vapor, para que não haja cavitação é denominada NPSH requerido.

Normalmente o fabricante disponibiliza a curva de NPSH requerido versus vazão,

ilustrada abaixo.

Figura 4.19 – NPSHrequerido x vazão

4.5.3 NPSH disponível (NPSHd)

A energia absoluta por unidade de peso existente no flange de sucção, acima da

pressão de vapor é denominada NPSH disponível, que pode ser expresso pela

seguinte equação:

^6_QG = Q9 + N`a� (4.20)

Substituindo o valor de Hs pelo definido na seção 2.4.2, temos:

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^6_QG = P� ± 9 + N`a

� − ℎ�9 (4.21)

onde:

Hs – altura manométrica de sucção

Pa – pressão atmosférica local

Pv – Pressão de vapor na temperatura de bombeamento

γ – peso específico

Zs – altura estática de sucção

hfs – perdas na linha de sucção

Ps – pressão manométrica no reservatório de sucção

Assim podemos plotar a curva NPSHd versus vazão (Figura 4.20).

Figura 4.20 – NPSHd versus vazão

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4.5.4 Avaliação das condições de cavitação

O parâmetro que usamos para avaliar as condições de cavitação é o NPSH. Para

que não ocorra o fenômeno da cavitação o NPSH requerido para a vazão de operação

deverá ser menor do que o o NPSH disponível no sistema para a mesma vazão.

Assim se plotarmos as curvas de NPSH requerido e disponível juntas, podemos ver o

ponto de máxima vazão para que não ocorra cavitação, que será o ponto de

interseção entre as duas curvas (Figura 4.21).

Figura 4.21 – Máxima vazão para que não ocorra cavitação

Mas existe uma margem de segurança, que leva em consideração algumas condições

desfavoráveis e da mais segurança no que diz respeito a cavitação. O critério usado é

o seguinte:

^6_QGE9KA�íJ3� ≥ ^6_QI3eH3IEGA + 0,6gh�iíjklh� (4.22)

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5. Estudo do caso

Neste capítulo iremos apresentar e analisar o sistema de bombeamento de

óleo/água oleosa em um FPSO bem como as condições de processo. De posse

desses dados iremos traçar as curvas do sistema e NPSH disponível, para selecionar

a bomba que atenda aos dados do processo, faremos uma comparação entre alguns

fabricantes e faremos uma nova analise para a linha revisada no fim do projeto (Linha

real instalada).

5.1 Sistema de bombeamento

O óleo em um navio plataforma passa por várias etapas, vários processos de

filtração, separação e tratamento. Para cada etapa temos diferentes condições de

processo e propriedades do fluido, assim se faz necessário o uso de uma bomba

especifica em cada etapa. Desta forma iremos selecionar a bomba apenas para uma

das etapas, a etapa que leva o óleo do desidratador para o separador gravitacional.

Figura 5.1 – Esquema simplificado do sistema

5.2 Premissas do projeto

Para analise do sistema e seleção da bomba foram consideradas as situações

mais criticas do projeto, afim de que a bomba possa atender a todos os casos

previstos. Desta forma consideraremos a pressão de operação e coluna de liquido

mínima no desidratador (inicio da linha de sucção) e pressão máxima no separador

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gravitacional (fim da linha de descarga). Outra consideração a ser feita é em relação

ao fluido, pois no decorrer da produção em um poço exploratório a pressão do óleo no

poço vai diminuindo, afetando assim a produção. Para sanar esse problema injeta-se

água ou gás no poço aumentando a pressão do óleo a níveis previstos no projeto.

Dessa forma consideraremos dois tipos de fluido no projeto, o primeiro é óleo para o

inicio da produção no poço e o segundo é a água oleosa para quando se fizer

necessário a injeção de água para aumentar a pressão no poço (poço maduro),

Consideraremos a água oleosa como sendo 1/3 em volume de água e 2/3 em óleo.

Abaixo temos uma tabela com os valores de temperatura, massa específica,

viscosidade e pressão de vapor nas condições de processo.

Substância Temperatura[C] Massa específica [kg/m³] Viscosidade [cP] Pressão de vapor [kPa]

Água oleosa 89 1142,4 0,3 67,7

Óleo 89 804,8 5,2 668,7

Tabela 5.1

Percebemos então que os valores de massa especifica, viscosidade e pressão de

vapor são bem distintos, o que acarretará em diferentes alturas manométricas, sendo

necessário uma análise em separado para cada caso.

5.3 Cálculo da altura manométrica de descarga (Hd)

A expressão para determinar a altura manométrica de descarga já foi mostrada na

seção 4.4.1, e segue abaixo:

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QG = G − R� + ℎ�G

Para determinar Hd precisamos então conhecer a altura geométrica de descarga, a

pressão manométrica no reservatório de descarga (separador gravitacional), o peso

específico e as perdas na linha de descarga.

a) Altura geométrica de descarga (Zd):

É a altura da bomba até o final da linha de descarga (usando a bomba como

referencial), como o liquido é despejado por cima no separador gravitacional, a altura

de líquido em seu interior não é levada em conta. Assim a partir dos dados do projeto

temos:

Zd = 11,8 m

b) Pressão manométrica no separador gravitacional (Pd):

A pressão manométrica considerada no separador gravitacional será a máxima

possível como já foi explicado na seção 3.2.

Pd = 2198,7 kPa(g)

c) Peso específico (γ):

Para determinar o peso específico usaremos a equação 4.1:

γ =ρ.g

onde:

g = 9,81 m/s²

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como já foi dito na seção 5.2 temos que fazer a análise para dois tipos de fluido, então

usando o valor da aceleração da gravidade mostrado acima temos:

Substância Peso específico [N/m³]

Água oleosa 11206,94

Óleo 7895,09

Tabela 5.2

d) Perdas na linha de descarga:

Como já vimos as perdas são divididas em perdas normais e localizadas, vamos

calcula-las separadamente.

Perda de carga normal:

Para determinar a as perdas normais na descarga usaremos a equação 4.7:

ℎ�� = � mn . o²

2�

Como temos dois casos, temos que analisa-los separadamente.

• Água oleosa

Os dados para o caso em que o fluido é água oleosa são mostrados abaixo, os únicos

que variam para o caso que o fluido é óleo de acordo com o processo são a

velocidade e consequentemente o fator de atrito:

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L = 113 m

D = 0,2027 m

g = 9,81 m/s²

A velocidade nós podemos determinar a partir da vazão de operação para este fluido:

Qoperação = 400 m³/h = 0,111 m³/s

V = Q / A (5.1)

Onde:

Q – vazão

A = 0,0323 m² - área interna da linha de descarga

V – velocidade de escoamento

Desta forma podemos determinar a velocidade de operação

V = 0,111/0,0323

V = 3,44 m/s

E a velocidade em função da vazão

V = 30,96Q (5.2)

De posse da rugosidade relativa (ε/D) e do número de Reynolds (Re), podemos

determinar o fator de atrito a partir do Ábaco de Moody.

A tubulação é de aço duplex com revestimento interno de PVC que possui rugosidade

absoluta de 0,005mm.

Assim a rugosidade relativa vale:

ε/D = 2,467 x 10-5

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O numero de Reynolds é determinado a partir da equação 2.2:

�� = nopμ

Para os dados de operação temos:

�� = 0,2027.3,44.1142,40,3 v1000

wx = y, z{. |}z

A expressão do número de Reynolds em função da vazão para esta linha de descarga

fica:

Re = 2,39 x 107.Q[m³/s] (5.3)

Enfim podemos ir ao ábaco de Moody (Figura 4.4) e verificar qual o valor do fator de

atrito, para a rugosidade relativa e o número de Reynolds de operação.

f = 0,011

Desta forma podemos substituir os valores obtidos na equação 4.7 e determinar a

perda de carga normal de operação.

ℎ�� = � mn . o²

2�

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ℎ�� = 0,011 1130,2027. 3,44²

2.9,81

��� = �, ��

• Óleo

Agora precisamos refazer os cálculos para o caso em que o fluido é óleo. Como foi

dito anteriormente os únicos dados que mudam para cada caso são: velocidade e fator

de atrito.

Vamos determinar a velocidade a partir da vazão, como foi feito anteriormente.

Qoperação = 240 m³/h = 0,667 m³/s

V = Q / A

V = 2,066 m/s

Como a área interna da tubulação permanece a mesma, a expressão da velocidade

em função da vazão também permanecerá.

V = 30,96Q

A rugosidade relativa também não se altera, pois o material da tubulação é o mesmo

ε/D = 1,9 x 10-5

Podemos agora determinar o numero de Reynolds para os dados de operação.

�� = 0,2027.2,066.804,85,2 v1000

wx = z, {. |}�

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A expressão de Reynolds em função da vazão para o caso em que o fluido é óleo fica:

Re = 9,7.105 Q[m3/s] (5.4)

Agora a partir do ábaco de Moody determinamos o fator de atrito para o caso em

questão.

f = 0,02

Substituindo na equação 4.7 obtemos a perda normal para este caso.

ℎ�� = � mn . o²

2�

ℎ�� = 0,02 1130,2027. 2,066²

2.9,81

��� = y, �y{�

Perda de carga localizada

Para determinarmos a perda de carga localizada na linha de descarga usaremos a

equação 4.9.

ℎ�� = 5 o²2�

Analisaremos os dois casos do projeto.

• Água oleosa

Como já visto na seção anterior os valores de vazão e velocidade são:

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Q = 400 m3/h = 0,111 m3/s

V = 3,44 m/s

Os acidentes presentes na linha de descarga, e seus respectivos coeficientes de

perda (K), estão listados na tabela 5.3. O valor de K para o cotovelo 90º foi obtido a

partir da figura 4.7 [6], para válvula de retenção a partir da figura 4.9 e para a válvula

gaveta a partir da figura 4.8 [6].

ACIDENTES K QUANTIDADE

Cotovelo 90o Raio normal 0,25 20

Válvula de retenção

(Flangeada) 2,00 3

Válvula gaveta (Flangeada) 0,075 6

Tabela 5.3

Agora podemos então determinar a perda de carga localizada devido a esses

acidentes na linha de descarga. Começaremos efetuando o somatório dos coeficientes

de perda.

Ktotal=(KcotoveloxQuantcotovelo)+(Kválv.retençãoxQuantválv.retenção)+(Kválv.gavetaxQuatválv.gaveta)

Ktotal = (0,25 x 20) + (1,71 x 3) + (0,075 x 6)

Ktotal = 11,45

O ultimo passo é substituir o valor de Ktotal na equação 4.9. Assim temos:

ℎ�� = 5 o²2�

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ℎ�� = 10,7 3,44²2.9,81

��� = z, ��

Temos também alguns equipamentos que provocam perdas de carga na linha de

descarga. Esses equipamentos e suas respectivas perdas, fornecidas pelos seus

fabricantes, estão listados abaixo:

Equipamento Perda [kPa]

Medidor de vazão magnético 1 5

Medidor de vazão magnético 2 5

Válvula de controle 70

Tabela 5.4

hlfequip = 5 + 5 + 70 = 80 kPa

Convertendo para metros temos:

∆6 = p. �. ℎ

80000 = 1142,4. 9,81. ℎ

�x���� = �, |�

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Desta forma a perda de carga localizada na linha de descarga para o caso que o fluido

é a água oleosa é:

ℎ��G����� = ℎ�� + ℎ3eHEK

ℎ��G����� = 6,9 + 7,1

��������� = |�, }�

• Óleo

As únicas mudanças em relação ao caso em que o fluido é água oleosa serão a

velocidade e a massa específica, assim temos:

V = 2,066 m/s

Ktotal = 11,45

ℎ�� = 5 o²2�

ℎ�� = 11,45 2,066²2.9,81

��� = y, ��

A perda localizada devido aos equipamentos sofre alteração devida a mudança de

massa específica, dessa forma temos:

hlfequip = 5 + 5 + 70 = 80 kPa

Convertendo para metros temos:

∆6 = p. �. ℎ

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80000 = 804,8. 9,81. ℎ

�x���� = |}, |�

Assim, a perda localizada na linha de descarga para o caso em que o fluido é óleo

fica:

ℎ��G����� = ℎ�� + ℎ3eHEK

ℎ��G����� = 2,4 + 10,1

��������� = |y, {�

Enfim podemos determinar a altura manométrica de descarga para a vazão de projeto

(Tabela 5.5).

Substância Hd [m]

Água oleosa 225,26

Óleo 305,07

Tabela 5.5

5.4 Calculo da altura manométrica de sucção (Hs)

Para determinarmos a altura manométrica de sucção usaremos a equação 4.17.

Q9 = 9 + 69� − ℎ�9

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a) Altura manométrica de sucção (Zs):

É a altura do inicio da linha de sucção até a bomba mais a altura da coluna de

liquido mínima no desidratador.

Zs = 11 m

b) Pressão manométrica no desidratador (Ps):

A pressão manométrica considerada no desidratador será a mínima possível,

como já explicado na seção 3.2.

Ps = 668,7 kPa(g)

c) Peso especifico (γ ):

Iremos utilizar o peso especifico da tabela 5.2.

d) Perdas na linha de sucção:

Será usado o mesmo procedimento usado na linha de descarga.

Perda de carga normal:

Os dados da linha de sucção e perda de carga normal estão na tabela 5.6.

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Substância

Água oleosa Óleo

L[m] 23,9 23,9

D[m] 0,26 0,26

g[m/s²] 9,81 9,81

Q[m³/h] 400 240

V[m/s] 2,09 1,256

Re 2,07x106 5,05x104

ε/D 1,92x10-5 1,92x10-5

f 0,011 0,021

hfn[m] 0,225 0,149

Tabela 5.6

Perda de carga localizada:

O procedimento para o calculo da perda de carga localizada na sucção será o mesmo

usado para a descarga.

Os acidentes presentes na linha de sucção e seus respectivos coeficientes de perdas

estão listados na tabela abaixo. O coeficiente de perda do filtro foi dado pelo fabricante

e o de entrada a partir da figura 4.10.

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ACIDENTES K QUANTIDADE

Cotovelo 90o 0,245 9

Entrada 0,5 1

Válvula gaveta (flangeada) 0,06 3

Filtro 3,93 1

Tabela 5.7

O coeficiente de perda total da linha de sucção é:

KTOTAL = 6,81

Podemos determinar então a perda localizada na linha de sucção (Tabela 5.8).

Substância

Água oleosa Óleo

V[m/s] 2,093 1,256

g[m/s²] 9,81 9,81

hfl[m] 1,51 0,548

Tabela 5.8

De posse de todos os dados, podemos agora obter a altura manométrica de sucção

para ambos os casos (Tabela 5.9).

Substância

Água oleosa Óleo

Hs[m] 68,9 95

Tabela 5.9

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5.5 Construção da curva do sistema

Como vimos na seção 4.3.4, para a construção da curva do sistema precisamos

escolher seis valores para a vazão. Os valores escolhidos para a vazão e os

respectivos valores da altura manométrica, bem como o gráfico para cada caso são

apresentados abaixo.

← Vazão de Operação

Figura 5.2 – Curva do sistema para o caso em que o fluido é água oleosa

140

145

150

155

160

165

170

175

0 200 400 600 800

H[m] x Q[m³/h] - Água oleosa

H x Q do sistema

Água oleosa

Q[m³/h] H[m]

0 144,4

200 147,4

300 151,1

400 156,3

500 163,0

600 171,2

Tabela 5.10

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← Vazão de Operação

Tabela 5.3 – Curva do sistema para o caso em que o fluido é óleo

200

205

210

215

220

225

230

235

0 200 400 600

H[m] x Q[m³/h] - Óleo

H x Q do sistema

Óleo

Q[m³/h] H[m]

0 204,6

100 205,5

200 208,4

240 210,0

300 213,1

500 228,4

Tabela 5.11

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5.6 Construção da curva NPSH disponível versus vazão

Para a obtenção da curva de NPSH disponível usaremos a equação 4.19 e os

valores de vazão usados na seção anterior.

^6_QG = Q9 + 67 + 6��

Onde:

Pa = 101 kPa

PV – Tabela 5.1

γ – Tabela 4.1

←Vazão de Operação

Água oleosa

Q[m³/h] NPSHd[m]

0 73,6

200 73,2

300 72,7

400 71,9

500 70,9

600 69,7

Tabela 5.12

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Figura 5.4 – Curva de NPSH disponível para o caso em que o fluido é água oleosa

←Vazão de Operação

68

69

70

71

72

73

74

0 100 200 300 400 500 600 700

NPSHd[m]xQ[m³/h] - Água oleosa

NPSHd

Óleo

Q[m³/h] NPSHd[m]

0 23,8

100 23,6

200 23,3

240 23,0

300 22,6

500 20,6

Tabela 5.13

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Figura 5.5 – Curva de NPSH disponível pra o caso em que o fluido é óleo

5.7 Seleção da bomba

Como temos dois casos de operação a bomba selecionada terá que atender a

ambos.Para a seleção da bomba usaremos o critério utilizado na API 610 que define

faixas de vazão em torno da vazão em que a bomba possui a melhor eficiência (BEP).

A primeira faixa é definida pelo fabricante, é a faixa permitida de operação. Essa

faixa define os limites máximo e mínimo para a vazão que a bomba pode operar. O

segundo intervalo chamado de faixa preferível vai de 70% a 120% do BEP e o terceiro

mais estreito conhecido como faixa ideal vai de 80% a 110% do BEP.

O fabricante 1 forneceu as curvas características já corrigidas para o fluido de

operação e para diferentes diâmetros de impelidor da bomba ideal nestas condições

de operação. Vamos analisar as curvas de acordo com a API 610. Nos gráficos estão

19,5

20

20,5

21

21,5

22

22,5

23

23,5

0 100 200 300 400 500 600

NPSHd[m] x Q[m³/h] - Óleo

NPSHd

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marcadas a faixa preferencial e ideal para facilitar a analise. O caso em que o fluido é

óleo é marcado no gráfico como Caso 2A e a água oleosa é marcado como Caso 2B.

a) Diâmetro: 331mm

Figura 5.6 – Curvas características para um impelidor de 331 mm de diâmetro

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b) Diâmetro: 327 mm

Figura 5.7 – Curvas características para um impeidor de 327 mm de diâmetro

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c) Diâmetro: 323 mm

Figura 5.7 – Curvas características para um impeidor de 327 mm de diâmetro

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Como temos dois casos bem distintos, podemos observar a partir dos gráficos que

não foi possível atingir a faixa ideal para ambos, desta forma, como o caso em que o

fluido é água oleosa (Caso 2B) é o que irá ocorrer durante o maior período no decorrer

da produção, pois o caso em que o fluido é óleo ocorre apenas no inicio da produção

quando não é necessário a injeção de água para aumentar a pressão no poço, assim

vamos selecionar o diâmetro do impelidor usando o Caso 2B como dominante na

escolha, e o caso em que o fluido é óleo (Caso 2A), como ocorre apenas no inicio da

produção, fica restrito apenas a faixa permitida de operação. Desta forma, ao

analisarmos os gráficos, podemos perceber que o diâmetro de 323mm é o que melhor

satisfaz as condições de projeto, o caso 2B está mais próximo do BEP.

Devemos fazer uma analise também em relação ao NPSH, pois como vimos na

seção 4.5, para que não ocorra o fenômeno da cavitação a equação 4.21 deve ser

satisfeita. A partir da figura 5.6 temos:

NPSHreq[m] NPSHdisp[m]

Água oleosa 9,0 71,09

Óleo 8,5 22,3

Tabela 5.14

Podemos observar a partir da tabela 5.14, que a equação 4.21 foi satisfeita, logo

não ocorrerá cavitação em nenhum dos casos para a bomba selecionada do fabricante

1.

Outra observação a ser feita é sobre o Head, analisando a figura 5.6 e a tabela

5.10 podemos ver que o Head fornecido pela bomba para o caso 2B é maior do que a

altura manométrica do sistema. Para corrigir o Head do sistema é instalada uma

válvula de controle da linha de descarga, pois ela dá uma maior flexibilidade ao

sistema podendo aumentar ou diminuir a perda na linha de descarga a qualquer

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momento, variando assim a altura manométrica do sistema. Desta forma a válvula de

controle aumenta a perda de carga na descarga, aumentando assim a altura

manométrica do sistema, afim de atender as condições do processo. As condições do

processo devem ser satisfeitas, pois os equipamentos presentes nas extremidades da

linha e descarga, foram projetados para operar em um determinada faixa de pressão e

vazão, não sendo garantido pelo fabricante o pleno funcionamento dos mesmos em

operações fora dessas faixas.

5.8 Comparação entre os fabricantes

Foram feitas as analises segundo a API 610 para dois fabricantes de bomba, e

foram analisados NPSH e Head como foi feito na seção anterior. As curvas

características das bombas selecionadas para os dois fabricantes estão abaixo.

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a) Fabricante 1

Figura 5.8 – Curvas características para a bomba selecionada do fornecedor 1

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b) Fabricante 2

Figura 5.9 – Curvas características para a bomba selecionada do fornecedor 2

Podemos fazer agora uma comparação entre os fabricantes para selecionar a

bomba que atende as condições de processo consumindo a menor potencia. Temos

abaixo uma tabela comparativa entre os dois fabricantes.

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BEP[m³/h]

Eficiência [%] Potência consumida[cv] Potência útil[cv]

Água oleosa Óleo Água oleosa Óleo Água oleosa Óleo

Fabricante 1 495 79 63,5 413,6 248,3 326,7 157,7

Fabricante 2 420 73,7 63,3 443,3 249,1

Tabela 5.15

A partir da tabela 5.15 podemos perceber que a bomba do fabricante 1 é a que

atende as condições do processo consumindo a menor potência, sendo assim esta

será a bomba selecionada no projeto.

5.9 Modificações das linhas de sucção e descarga

No decorrer de um projeto algumas modificações nas linhas podem acontecer,

essas modificações ocorrem principalmente por 3 motivos: interferência entre linhas,

necessidade de linha de teste e devido a tensão na linha acima da permitida por

normas de segurança.

Neste projeto ocorreram algumas modificações devido a interferência com outras

linha, então se faz necessário uma nova analise para saber se a bomba selecionada

irá satisfazer a essa nova configuração da linha.

A nova configuração da linha bem como as novas alturas manométricas para

ambos os casos estão listados nas tabelas abaixo:

Sucção Descarga

L[m] 23 110

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Cotovelo 90 5 16

Tabela 5.16

Os demais dados da linha de sucção e descarga não sofreram alteração.

← Vazão de Operação

← Vazão de Operação

Água oleosa

Q[m³/h] H[m]

0 144,4

200 147,2

300 150,6

400 155,4

500 161,6

600 169,1

Tabela 5.17

Óleo

Q[m³/h] H[m]

0 204,7

100 205,6

200 208,2

240 209,7

300 212,7

500 226,9

Tabela 5.18

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Analisando as tabelas 5.17 e 5.18 podemos perceber que o impacto dessas

alterações na linha foi mínimo. O Head do sistema diminuiu em ambos os casos,

podendo ser corrigido a partir da válvula de controle presente na linha de descarga.

Como tínhamos uma folga bem grande em relação ao NPSH não se faz necessário

analisa-lo novamente, visto que as alterações foram mínimas.

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6. Conclusão

Neste trabalho analisamos detalhadamente uma etapa do sistema de

bombeamento de óleo e água oleosa em um FPSO. Vimos que alguns critérios devem

ser seguidos para a seleção da bomba.

Para aproximar o projeto da realidade analisamos dois casos no processo, um

para o inicio da produção no poço e outro para produção no poço já maduro,

selecionamos a bomba que satisfaz a ambos os casos, usando como base a norma

API 610. Fizemos a comparação entre as bombas selecionadas de dois fabricantes

diferentes e vimos que o fabricante 1 apresentou um gasto energético menor, para

satisfazer a ambos os casos, do que a bomba selecionado do fabricante 2. Alem do

custo energético, o custo de aquisição do modelo de bomba do fabricante 1 também é

menor, tornando muito mais vantajosa a escolha da mesma para o projeto.

Outra analise foi feita na linha real instalada, pois a linha inicial do projeto sofreu

alterações após algumas revisões. Vimos que após as mudanças na linha a bomba

continuou a atender as condições do processo, visto que as mudanças na linha pouco

influenciaram na curva do sistema, sendo a válvula de controle instalada na linha de

descarga capaz de corrigir o head do sistema para a bomba continuar atendendo as

condições do processo.

Assim concluímos que o estudo foi realizado com sucesso, pois conseguimos

selecionar uma bomba que atendesse a todas as condições do processo da forma

mais eficiente possível.

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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] – DE MATTOS, EDSON E., DE FALCO, REINALDO, Bombas Industriais, 2ª Ed,

Rio de Janeiro, Interciência 1998.

[2] – API 610 – Centrifugal Pumps For Pretoleum Petrochemical and Natural Gas

Industries , 11ª edicao – Setembro, 2010.

[3] – WEIRMINERALS, “Bomba Warman”, 2008. Disponível em

http://www.weirminerals.pt/. Acessado em 11 de Janeiro de 2014.

[4 ] – VAN WYLEN, SONNTAG, BORGNAKKE, Fundamentos da Termodinâmica, 6ª

Ed.

[5] – FOX, ROBERT W., MCDONALD, ALAN T., PRITCHARD, PHILIP J., Introdução à

Mecânica dos Fluidos, 6ª Ed. LTC 2006.

[6] – Flow on fluids through valves, fittings and pipe, Technical Paper Nº 410M, Crane

Co.

[7] – Pipe friction manual, Nova York, Hydraulic Institute, 3ª edição, 1961.

[8] – MILLER, D.S. Internal Flow, Inglaterra, British Hydromechanics Research

Association, Cranfield, 1971.

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