(TRABALHO DE PÓS-GRADUAÇÃO) As perdas de carga no interior das bombas centrífugas submersas (BCS) utilizadas em elevação artificial do petróleo são tão significativas quanto as perdas que ocorrem nos tubos, de modo que o seu conhecimento também é muito importante para a indústria do petróleo. Pesquisar na literatura (periódicos) uma parametrização para os principais tipos de perdas no interior do BCS. Utilizar estrutura recomendada.
Passo 1
O enunciado pede uma pesquisa sobre como parametrizar as perdas hidráulicas que ocorrem no interior de Bombas Centrífugas Submersas (BCS), típicas em elevação artificial de petróleo. O conteúdo envolve mecânica dos fluidos e turbomáquinas, e vamos precisar de correlações empíricas e modelos clássicos (coeficientes de perda, equações de Darcy–Weisbach e correlações de vazão de fuga, por exemplo).
Passo 2
Classificamos as perdas internas em quatro grandes tipos: 1. Perdas por atrito nas paredes (canal de impulsor, difusor, voluta). 2. Perdas localizadas em mudanças bruscas de seção (entrada, saída, trocas de pala). 3. Perdas por recirculação e choque no ângulo de incidência (fluido encontrando pala com ângulo errado). 4. Perdas de vazão de fuga (tip clearance/leakage entre rotor e estator).
Passo 3
Parametrização das perdas por atrito: usamos a fórmula de Darcy–Weisbach para cada canal
\Delta p_{\text{atrito}} = f \,\frac{L}{D_h}\,\frac{\rho\,v^2}{2}
onde \rho é a densidade, v a velocidade média, L o comprimento hidráulico, D_h o diâmetro hidráulico e f o fator de atrito de parede, função de Re e rugosidade relativa. Correlações típicas são Colebrook–White ou Moody.
Passo 4
Parametrização das perdas localizadas: associamos a cada mudança de seção ou joelho um coeficiente K, de modo que
\Delta p_{\text{local}} = K \,\frac{\rho\,v^2}{2}.
Para uma contração brusca, por exemplo, K_{\text{cont}} \approx 0{,}5; para entrada em tubo, K_{\text{ent}} \approx 0{,}04. Esses valores vêm de tabelas em periódicos de turbomáquinas.
Passo 5
Parametrização das perdas por choque e recirculação: usa-se o modelo de incidência de caule de paleta, em que o coeficiente de choque K_{\text{choque}} cresce quando o ângulo de incidência \alpha se desvia do ângulo ótimo \alpha_0. Um ajuste empírico é
com C_{\text{choque}} e n ajustados experimentalmente.
Passo 6
Parametrização das perdas de vazão de fuga (tip clearance): modela-se a fuga através de um estreito entre rotor e carcaça como um escoamento de gota, com
Geralmente m\approx0,5 e C_{\text{gap}} depende da geometria do gap.
Passo 7
Com base nisso, uma estrutura recomendada para o trabalho ficaria assim:
(a) Introdução: motivação, elevação artificial e importância das perdas internas na BCS.
(b) Classificação das perdas: definição e tipos (atrito, localizadas, choque, fuga).
(c) Modelagem matemática:
(d) Coeficientes e correlações: tabela com f(Re), K das singularidades, C_{\text{choque}},n, C_{\text{gap}},m.
(e) Discussão: análise de sensibilidade, comparação entre correlações.
(f) Conclusão: indicação das melhores parametrizações para BCS e sugestões de trabalhos futuros.
Resposta
Segue a estrutura recomendada e as principais parametrizações para cada tipo de perda no interior de BCS.