Modelagem numérica da absorção e dessorção de CO2 em água usando OpenFOAM

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dc.contributor.advisor1Saenz, Juan Sergio Romero
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-4469-3692
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5239907504083223
dc.contributor.authorSouza, Marlon Lemos de
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-1817-6069
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/0797723256851712
dc.contributor.referee1Siqueira, Renato do Nascimento
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-8397-8180
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/9791817633014124
dc.contributor.referee2Ribeiro, Daniel da Cunha
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000000336901938
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/8563308324482367
dc.date.accessioned2024-05-30T00:50:22Z
dc.date.available2024-05-30T00:50:22Z
dc.date.issued2021-12-15
dc.description.abstractSalt fouling of carbonate origin is one of the main problems related to the flow guarantee in oil production environment and its formation is mainly caused by concentration change of CO2(g) in the medium, contributing between 60% to 90% of the total precipitated content according to Cosmo (2013). With that in mind, this work aims to use CFD to analyze through simulations the CO2(g) absorption and desorption mechanisms in pure water and estimate the saturation concentration, volumetric mass transfer coefficient (ks,ia) and residence time. Two scenarios were built in the OpenFOAM v.1912 environment: a rectangular bubble column (w=0.15 m x h=0.50 m) and a horizontal pipe (L = 30 m; ∅=12.7 mm) with constant gas mass flow, the first being evaluated in a pressure range between 5 and 50 bar and considered both absorption and desorption mechanism by pressure drop and the second of 25 to 50 bar only for the absorption mechanism and both submitted to T=293K. The solubility of CO2(g) in water under known thermodynamic conditions was obtained in order to validate the Henry’s Law application. The numerical results were compared with the Diamond and Ankinfiev (2003) model showing agreement between the values, with a maximum relative error (RE) of 0.41%. The CO2(g) concentration curve in water in the bubble column was constructed and compared with the theoretical model of the CO2(g) absorption dynamics in water developed by Tokumura (2007), where both curves showed a similar behavior with a maximum residual error of 24.91% between the numerical and theoretical models in relation to the ks,ia. The ks,ia for the deficit injection case in the horizontal pipeline were collected and compared with the study by Jepsen (1979), with relative errors within the range of 15.00%. OpenFOAM was shown to be able to solve mass transfer problems involving gas absorption and desorption mechanisms and is accurate in predicting values of ks,ia and saturation concentration, where the results of ks,ia is correlated with the superficial gas velocity and energy dissipation and provided a good fit for the theoretical data from bubble columns (RE<25%) and in pipelines (RE<15%) and the solubility is directly proportional to pressure.
dc.description.resumoA incrustação salina de origem carbonática é um dos principais problemas relacionadas a garantia de escoamento no ambiente de produção de petróleo e tem como principal fator para sua formação a variação da concentração de CO2(g) no meio, contribuindo entre 60% a 90% do conteúdo total precipitado segundo Cosmo (2013). Com isso em mente, este trabalho objetiva utilizar a DFC para analisar através de simulações os mecanismos de absorção e dessorção de CO2(g) em água pura e estimar os parâmetros de concentração de saturação, coeficiente de transferência de massa volumétrico (ks,ia) e tempo de residência. Foram construídos dois cenários no ambiente OpenFOAM v.1912: uma coluna de borbulhamento retangular (w=0,15 m x h=0,5 m) e uma tubulação horizontal (L = 30 m; ∅=12,7 mm) com vazão mássica de gás constante, sendo o primeiro entre uma faixa de 5 e 50bar e considerado o mecanismo de absorção e dessorção por queda de pressão e o segundo de 25 a 50 bar para o mecanismo de absorção ambos em T=293K. A solubilidade de CO2(g) em água foi obtida para validação e aplicação da Lei de Henry. Os resultados numéricos foram comparados com o modelo de Diamond e Ankinfiev (2003) apresentando concordância entre os valores, com máximo erro relativo (ER) de 0,41%. A curva de concentração de CO2(g) em água na coluna de borbulhamento foi comparada com o modelo teórico da dinâmica de absorção do CO2(g) em água desenvolvido por Tokumura (2007), onde as duas curvas apresentaram um comportamento semelhante com máximo erro residual de 24,91% entre os modelos numérico e teóricos em relação a ks,ia. Os valores de ks,ia para o caso de injeção em deficit na tubulação horizontal foram comparados com o estudo de Jepsen (1979), com erros relativos dentro da faixa de 15,00%. O OpenFOAM mostrou-se capaz de resolver problemas envolvendo mecanismos de absorção e dessorção gasosa e preciso na previsão de valores de ks,ia, onde seus resultados correlacionaram-se com a velocidade superficial do gás e da dissipação de energia e fornece um bom ajuste para os dados teóricos de colunas de borbulhamento (ER<25%) e em tubulações (ER<15%) e a solubilidade é diretamente proporcional à pressão.
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/15341
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectAbsorção
dc.subjectdesorção
dc.subjectDFC
dc.subjectescoamento multifásico
dc.subjectmodelagem matemática
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleModelagem numérica da absorção e dessorção de CO2 em água usando OpenFOAM
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typemasterThesis
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