BR112015016088B1

BR112015016088B1 - Bomba centrífuga com efeito coalescente, método de execução de projeto e uso da mesma

Info

Publication number: BR112015016088B1
Application number: BR112015016088-3A
Authority: BR
Inventors: Husveg Trygve
Original assignee: Typhonix As
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2022-03-08
Also published as: BR112015016088A2; EP2941570B1; EP2941570A1; WO2014106635A1; US10578110B2; NO20130021A1; DK2941570T3; US20150337842A1; NO335019B1

Abstract

bomba centrífuga com efeito coalescente, método de execução de projeto e uso da mesma a presente invenção está correlacionada a uma bomba centrífuga, caracterizada pelo fato de a bomba compreender dois ou mais estágios, em que o último estágio na direção do fluxo foi adaptado, de modo a proporcionar um tamanho de gotícula de maior equilíbrio do que nos estágios dispostos a montante. a invenção também proporciona um método de execução de projeto da bomba e o uso da mesma.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção está correlacionada a bombas de aumento de pressão. Mais especificamente, a invenção se refere a bombas centrifugas tendo alto efeito de coalescência e baixo efeito de quebra de goticula, o que significa que o tamanho de goticula de uma fase dispersa em uma fase continua pode ser aumentado ou mantido, o que pode ser favorável para as subsequentes etapas de processo ou para a condição do meio bombeado. A bomba pode melhorar as etapas de separação a jusante, evitar o surgimento de emulsões, evitar a decomposição de polimeros e reduzir a exigência de agentes quimicos do tipo de floculação e de coalescência, desintegrantes de emulsão ou surfactantes.

Antecedentes da Invenção e Estado da Técnica

[002] Nos campos de petróleo e de material condensado, a pressão fora do poço pode ser acentuadamente baixa para um processamento efetivo, particularmente, quando direcionado para produção residual. A fim de descartar ou reinjetar a água separada do fluxo de produção, os teores de óleo devem ser reduzidos para um nivel suficientemente baixo. Uma bomba pode ser exigida a montante dos hidrociclones ou de outros equipamentos de separação, a fim de prover suficiente pressão de entrada para o separador.

[003] Um problema que não tem recebido muita atenção é que uma bomba pode quebrar as goticulas dispersas de óleo em um tamanho não factivel para uma efetiva separação no equipamento de separação a jusante, desse modo, reduzindo a eficiência da separação. Em vez de se considerar o modelo da bomba para solucionar o problema, a introdução de um agente de coalescência ou a injeção de agentes quimicos a montante do separador têm sido usadas como soluções tipicas.

[004] Um campo técnico incomum para o qual um bombeamento de baixo cisalhamento é crucial é o bombeamento de sangue. Entretanto, a pressão e as vazões não são comparáveis ou factiveis para a elevação de pressão do óleo, do condensado, da água ou misturas dos mesmos.

[005] A indústria de alimentos compreende diversos processos para os quais um baixo cisalhamento é possivel, por exemplo, o bombeamento ou transporte de leite, de outros produtos de laticinio e emulsões. Entretanto, a pressão e as vazões tipicas para a indústria de alimentos para a qual o bombeamento é de curta distância, torna as bombas para laticínios e outras indústrias de alimentos não compatíveis com a elevação de pressão de óleo, de condensado, água ou misturas dos mesmos.

[006] 0 objetivo da presente invenção é proporcionar uma bomba capaz de prover um efeito de coalescência, baixa quebra de goticula de uma fase dispersa em uma fase continua, e relativo reforço de alta pressão e alta vazão, ao mesmo tempo.

[007] Um determinado número de documentos de patentes menos relevantes do estado da técnica foi identificado, notadamente, os documentos: US 2003/007871 Al, CA 2083069 Al, AT 394136 B, GB 1520482 A e US 3.643.516 A. As publicações acima mencionadas descrevem somente bombas de estágio único, com um rotor ou estágio de bombeamento. Entretanto, para algumas modalidades, o formato ou projeto do único rotor é adaptado, de modo a proporcionar um baixo cisalhamento. As bombas de coalescência, aparentemente, não são descritas.

[008] Nas referidas citações não foi identificada nenhuma bomba tendo diversos estágios ou rotores com particular modelo do último ou de sucessivos rotores ou estágios, de modo a proporcionar efeito de coalescência, baixa quebra de goticula, e alto reforço de pressão e alta vazão ao mesmo tempo. As bombas de múltiplos estágios são tradicionalmente feitas com idênticos estágios de rotores ou de estágios que aumentam a elevação de pressão, como, também, o cisalhamento na direção do fluxo, conforme descrito na publicação da patente US 7.150.600 Bl, o que é contrário ao ensinamento da presente invenção.

Resumo da Invenção

[009] A invenção proporciona uma bomba centrifuga, diferenciada pelo fato de compreender dois ou mais estágios, em que o último estágio na direção do fluxo foi modificado, de modo a que proporcione um tamanho de goticula de maior equilibrio do que nos estágios dispostos a montante.

[010] 0 termo tamanho de goticula em equilibrio significa que o tamanho de goticula de saida proveniente do estágio irá aumentar se o tamanho de goticula de entrada de um fluido disperso que é bombeado for menor do que o tamanho de goticula em equilibrio do estágio. De forma oposta, o tamanho de goticula de saida irá diminuir se o tamanho de goticula de entrada no fluido dirigido para o estágio for maior que o tamanho de goticula em equilibrio. Se o tamanho de goticula de entrada para a bomba for igual ao tamanho de goticula em equilibrio, a pressão irá aumentar, mas, o tamanho de goticula irá permanecer o mesmo. O tamanho de goticula é a média ou tamanho de goticula médio, consistentemente medido de acordo com métodos padrões reconhecidos, como o método usado por Malvern, em instrumentos de dimensionamento de particula, por exemplo, Malvern Insitec L In-Process Particle Sizer, ou, alternativamente, a versão de Laboratório MasterSizer S. Esses instrumentos utilizam a Mie Theory como base para cálculo de tamanho de goticula. Outras teorias e princípios de medição são também disponíveis e comumente usados em outros instrumentos para medições de tamanho de goticula. O tamanho de goticula em equilibrio varia, especialmente, com a pressão da bomba e tempo de residência do fluido, sendo também afetado por diversos fatores correlacionados ao projeto/modelo da bomba, que serão melhor entendidos a partir da descrição seguinte. Diversas modificações são possíveis a fim de se obter um aumento do tamanho de goticula em equilíbrio, que também será melhor entendido a partir da descrição seguinte. A bomba de acordo com a invenção apresenta um maior efeito de coalescência do que das bombas citadas pelo estado da técnica, além de um maior tamanho de goticula em equilíbrio e em diversas modalidades, modos de operação e composição de fluido de entrada, irá funcionar como uma bomba e agente provedor de coalescência.

[011] Para um determinado reforço de pressão exigido, a bomba conforme a invenção compreende sempre dois, três ou mais estágios, mesmo que um único estágio possa proporcionar suficiente carga de pressão/altura de carga. Para alturas de carga ou cargas de pressão que são suficientemente grandes, exigindo dois ou mais estágios, a bomba conforme a invenção é diferenciada pelo fato de que o último estágio, na direção do fluxo, foi modificado de modo a proporcionar um aumento do tamanho de goticula em equilíbrio, quando comparado com a média dos estágios dispostos a montante. De forma contrária, as bombas de múltiplos estágios citadas pelo estado da técnica proporcionam igual ou menor tamanho de goticula em equilíbrio no último estágio, o que é correlacionado a um igual ou maior cisalhamento, quebra de goticula e carga de pressão no último estágio, se comparado aos estágios a montante. 0 termo estágio ou etapa significa a combinação de rotor e difusor; entretanto, o último estágio pode apresentar um diferente modelo de difusor correlacionado à conexão com a entrada da bomba.

[012] Sem qualquer ligação com aspectos teóricos, é suposto que um rotor de um estágio proporciona turbulência como parte do processo de desenvolvimento de pressão. A turbulência é significativa para a velocidade de colisão de goticula, o que também é significativo para o tamanho de goticula em equilíbrio. A turbulência pode aumentar mais relativamente ou de modo mais rápido que o desenvolvimento de pressão. Porém, a turbulência está também correlacionada à quebra de goticula na bomba, tendo o efeito oposto da coalescência de goticulas. De modo parcial, dentro do rotor, mas, particularmente, quando o fluido bombeado alcança o difusor, a energia cinética é convertida em energia de compressão, enquanto a turbulência proporciona uma alta velocidade de colisão de goticula e, consequentemente, coalescência de goticulas e aumento do tamanho de goticula em equilíbrio. Isso também pressupõe que a velocidade de fluxo no difusor não se torna demasiadamente baixa, o que poderia resultar na diminuição da turbulência e em baixas velocidades de colisão de goticulas. Comparado com as bombas de múltiplos estágios citadas pelo estado da técnica, que podem apresentar um efeito de baixo cisalhamento no fluido bombeado, se comparado a uma bomba de estágio único, a bomba de acordo com a presente invenção proporciona um aumento de coalescência e ainda um reduzido cisalhamento, desse modo, um aumento do tamanho de goticula em equilíbrio, mediante modificação de sucessivos rotores ou difusores, ou de ambos.

[013] A bomba da presente invenção proporciona um efeito de coalescência, baixo indice de quebra de goticulas de uma fase dispersa em um uma fase continua, reforço de alta pressão e alta velocidade de fluxo (vazão), ao mesmo tempo. Algumas modalidades da bomba de acordo com a invenção serão descritas a seguir.

[014] Para as bombas da presente invenção, a carga de pressão/altura de carga de um estágio de bomba diminui na direção de fluxo, ou seja, a carga de pressão diminui para cada subsequente estágio ou grupo de subsequentes estágios. Preferivelmente, isso é alcançado quando se tem um menor diâmetro de rotor de um estágio na direção de fluxo, o diâmetro dos subsequentes rotores diminuindo para cada subsequente rotor ou grupo de subsequentes rotores. Assim, por exemplo, se a bomba compreender três rotores, o primeiro rotor, na entrada, é de maior diâmetro que o segundo rotor, que é maior que o terceiro rotor. Alternativamente, o componente de fluxo axial de um rotor de um estágio aumenta em relação ao componente de fluxo radial para os subsequentes estágios na direção do fluxo, ou seja, o componente de fluxo axial aumenta para cada subsequente rotor ou grupo de subsequentes rotores. A pressão se desenvolve de modo crescentemente radial para fora das pás do rotor em uma bomba centrifuga, consequentemente, uma maior direção de fluxo axial diminui o desenvolvimento de pressão.

[015] Preferivelmente, a bomba compreende um difusor de área de seção transversal aumentada ou tendo maior aumento, disponível para o fluxo, em relação aos difusores padrões, preferivelmente, não na entrada do difusor na direção do rotor, mas, na direção da saida do difusor para o rotor seguinte ou para a saida da bomba. Isso significa que o difusor ampliou o diâmetro do fluxo ou a área de seção transversal do conduto em relação ao modelo de difusor padrão, para converter energia cinética de fluido em energia de pressão, em pelo menos 10%, preferivelmente, 50%, mais preferivelmente, acima de 100%, tal como, 500800%, na direção da extremidade a jusante do difusor. Isso significa que o tempo de residência aumenta e, consequentemente, a coalescência da goticula também aumenta. A turbulência obriga às goticulas a colidir e coalescer; esse processo irá funcionar por um maior periodo de tempo com um difusor tendo maior seção transversal de fluxo e, consequentemente, maior tempo de residência. Além disso, ou alternativamente, para um diâmetro de fluxo de maior seção transversal, o conduto do difusor é preferivelmente maior que o convencional. Na modalidade mais preferível de um difusor para uma bomba de acordo com a invenção, o difusor é maior e pelo menos uma parte da seção transversal do difusor se torna cada vez mais larga, quando comparado com um tipico modelo de difusor.

[016] As modalidades preferíveis da bomba conforme a invenção foram modificadas, mediante modificação de rotores, difusores ou de ambos, em que: - os rotores foram modificados por uma ou mais das seguintes caracteristicas: redução do diâmetro do rotor para os estágios subsequentes; escolha ou modificação dos rotores de modo a proporcionar um maior componente de fluxo axial do rotor em relação ao componente de fluxo radial; uma engrenagem redutora a montante no último ou nos últimos estágios, proporcionando uma redução de velocidade de rotação, ou utilizando um dos modelos de rotor conhecidos para baixa turbulência ou cisalhamento no último estágio; e - os difusores foram modificados por uma ou mais das seguintes caracteristicas: aumento do tempo de residência do fluido no difusor, ao mesmo tempo em que a turbulência proporciona um aumento de colisões de goticulas; aumento da extensão do fluxo através do difusor; e aumento da área de seção transversal para o fluxo através do difusor.

[017] Preferivelmente, os rotores de bomba são dispostos em um eixo comum. Alternativamente, dois ou mais eixos são incluidos, opcionalmente, acoplados com uma engrenagem. A engrenagem pode ser uma engrenagem redutora, a qual irá proporcionar a bomba conforme a invenção, mesmo sem modificar o modelo do último rotor ou estágio. Uma modalidade da bomba de acordo com a invenção compreende um dos acima referidos e previamente conhecidos rotores de baixo cisalhamento, como rotor do último estágio. Alguns relevantes rotores citados pelo estado da técnica para o último estágio são descritos nas publicações de patentes mencionadas acima, na parte introdutória, em que referência é feita a essas publicações, a titulo de orientação.

[018] A invenção também proporciona um método de execução de um projeto de bomba para uma determinada carga de pressão, de modo a reduzir os processos de separação dispostos a jusante, cujo método é caracterizado por: - dividir a bomba em dois, três ou mais estágios de bomba, e - modificar ou escolher o último estágio na direção do fluxo, de modo a que o mesmo tenha um maior tamanho de goticula em equilibrio do que os estágios a montante.

[019] Preferivelmente, os rotores, difusores ou ambos rotores e difusores são modificados. Mais especificamente, - os rotores são modificados por meio de uma ou mais das seguintes etapas: reduzir o diâmetro do rotor para os estágios subsequentes; escolher ou modificar os rotores de modo a proporcionar uma reduzida turbulência, mediante provisão de um maior fluxo axial do rotor, operando os últimos estágios com reduzida velocidade de rotação, através da inserção de uma engrenagem redutora a montante do último ou dos últimos estágios, ou utilizando um dos modelos de rotor conhecidos para baixo cisalhamento no último estágio ou nos últimos estágios; e - os difusores são modificados mediante uma ou mais das etapas: aumento do tempo de residência do fluido no difusor, ao mesmo tempo em que a turbulência proporciona um aumento de colisões de goticulas; aumento da extensão do fluxo através do difusor; aumento da área de seção transversal para o fluxo através do difusor, ou aumento da dita extensão e dita área de seção transversal do difusor.

[020] A bomba conforme a invenção pode, a principio, bombear qualquer liquido ou mistura de liquidos possivel de ser bombeada, e também mistura de liquido com alguma porção de gás. Entretanto, a fim de se ter uma completa vantagem da bomba conforme a invenção é aconselhável o bombeamento de misturas de liquidos, em que um liquido disperso é distribuído em goticulas em um liquido continuo, tal como, goticulas de óleo em água, goticulas de água em óleo, para o qual a separação a jusante será facilitada; e emulsões, polímeros e misturas sensíveis ao cisalhamento e à quebra de goticula ou emulsão, por exemplo, polimeros para aumento da resuperação de petróleo.

[021] Consequentemente, a invenção também proporciona o uso de uma bomba, projetada conforme a invenção, para aumento ou reforço de pressão de fluidos sensíveis ao cisalhamento, tais como, misturas de liquidos a montante do equipamento de separação. Tipicos fluidos ou misturas de liquidos tipicas incluem qualquer fase dispersa em uma fase continua. O bombeamento de óleo em água, como, também, o bombeamento de água em óleo, são campos de aplicação bastante relevantes, particularmente, em separadores a dispostos a montante. Outros usos proporcionados pela invenção incluem o bombeamento de soluções de polimeros para injeção dentro de reservatórios, para aumento de recuperação de petróleo, e bombeamento de agentes quimicos sensiveis à produção de cisalhamento. O bombeamento na indústria de alimentos é também incluido, por exemplo, bombeamento de maionese, outras emulsões, leite, manteiga ou creme. Também, o bombeamento de tinta e outras emulsões químicas são campos de aplicação incluídos, onde a bomba de acordo com a invenção pode ser vantajosa.

[022] Além disso, a invenção proporciona o uso de uma bomba centrífuga de dois ou mais estágios, para reforço de pressão, com cargas de pressão onde uma bomba de estágio único ou de menor número de estágios poderia ser usada, de acordo com o conhecimento de um especialista versado na técnica, em que ocorre a coalescência de goticulas ou uma menor quebra de goticulas que a esperada. Isso significa o uso de não apenas as bombas da invenção, as quais foram modificadas, como, também, de bombas regulares de dois ou múltiplos estágios, mas, o uso de uma bomba tendo mais estágios do que considerado vantajoso para o real reforço de pressão ou carga de pressão.

Breve Descrição das Figuras

[023] A invenção é ilustrada com a inclusão de seis figures, nas quais: - a figura 1 ilustra uma bomba citada no estado da técnica; - a figura 2 ilustra uma bomba de acordo com a presente invenção; - a figura 3 ilustra outra bomba de acordo com a presente invenção; - a figura 4 ilustra um modelo otimizado de bomba, de acordo com a presente invenção; - a figura 5 ilustra o efeito técnico obtido pela presente invenção; e - a figura 6 ilustra o efeito do tamanho de goticula para um separador disposto a jusante.

Descrição Detalhada da Invenção

[024] Primeiramente, é feita referência à figura 1, ilustrando uma bomba centrifuga (100) de múltiplos estágios citada pelo estado da técnica, compreendendo uma entrada (101), uma saida (102), seis rotores (103) e difusores (104), dispostos entre os rotores e a jusante do último rotor. Os rotores (103), apresentando idênticos diâmetros, são mostrados com uma disposição de preenchimento de riscos finos em todos os rotores. Do mesmo modo, os difusores (104) são mostrados com uma disposição de preenchimento em todos os difusores. Mediante esse modelo tipico, todos os rotores são idênticos e todos os difusores entre os rotores são também idênticos. As linhas tracejadas e as setas indicam o percurso do fluido através da bomba.

[025] Referência é feita agora à figura 2, ilustrando uma bomba centrifuga (1), conforme a invenção, compreendendo seis rotores (2) e difusores (3) dispostos entre os rotores, e depois ou a jusante do último rotor, uma seção de difusor é disposta na direção da saida (5) . As demais partes da bomba (1), tais como, a entrada (4), saida (5), carcaça (6) e conexão com um eixo de transmissão (7) são do tipo citado pelo estado da técnica e suposto de serem bem conhecidas pelos especialistas versados na técnica, razão pela qual somente as novas características serão descritas em detalhes. A característica diferenciada da bomba conforme a invenção é que o último estágio, etapa ou rotor, na direção do fluxo, proporciona um maior tamanho de goticula em equilíbrio do que no estágio, etapa ou rotor a montante, mediante provisão de reforço ou aumento de pressão com efeito coalescente e baixo cisalhamento. Na modalidade ilustrada, os rotores diminuem de diâmetro na direção da saida, enquanto os difusores entre os rotores diminuem de tamanho/volume na direção da saida. Os rotores se tornam sucessivamente menores de diâmetro, enquanto os difusores aumentam de modo correspondente, preenchendo o espaço aumentado entre a carcaça e o eixo, ao mesmo tempo em que aumenta a coalescência, mediante prolongamento do tempo de residência do fluido no dito difusor.

[026] Referência é feita agora à figura 3, ilustrando uma adicional modalidade da bomba (1), de acordo com a invenção. Mais especificamente, essa modalidade também compreende rotores de diâmetro sucessivamente menores (2) para cada estágio, e difusores sucessivamente maiores (3) para cada estágio. 0 diâmetro da carcaça, os diâmetros de rotor e os diâmetros de difusor são maiores que os da modalidade ilustrada na figura 2, o que pode permitir um maior efeito de coalescência para cada estágio. 0 último difusor, que é o difusor acoplado à saida, apresenta um tempo de residência significativamente aumentado do fluido bombeado, devido ao aumento da área e extensão da seção transversal do canal de saida. A bomba ilustrada na figura 3 proporciona um aumento do tamanho de goticula em equilíbrio em relação à modalidade ilustrada na figura 2, mediante o aumento de coalescência, devido ao aumento do número de colisões de goticulas nos difusores, pelo fato de um maior tempo de residência do fluido.

[027] Os rotores, difusores ou ambos, podem ser modificados ou selecionados de diversas maneiras, para provisão da bomba de acordo com a invenção, conforme descrito anteriormente e a seguir.

[028] Agora, é feita referência à figura 4, que ilustra um método de execução de um projeto otimizado de bomba, de acordo com a invenção, através do projeto de uma bomba conforme a invenção, mediante variação do diâmetro do rotor. 0 eixo Y indica o real tamanho de goticula de entrada na fase continua, nesse caso, goticulas de óleo em água produzida. 0 eixo X indica a carga de pressão/altura de carga no estágio da bomba. Nesse exemplo, o tamanho da goticula de entrada é de 7 μm, conforme indicado por um ponto de partida de linha continua inferior e por meio de texto no eixo Y. Quando o fluido circula através do primeiro estágio, a pressão é acumulada, ao mesmo tempo em que o tamanho da goticula aumenta para um determinado nivel, conforme visto em uma linha continua, partindo de 7 μm no eixo Y e aumentando para um topo da linha da curva, correspondendo a um tamanho de goticula de cerca de 9 μm, sob uma pressão mais elevada. 0 ponto de topo indica a carga de pressão ótima no estágio (A) , correspondendo a um especifico primeiro estágio de diâmetro de rotor (A), conforme indicado. 0 primeiro rotor do estágio é o rotor de maior diâmetro. A saida do primeiro estágio é de água produzida com tamanho de goticula de óleo de 9 μm, correspondendo a uma nova linha na figura 4, partindo de 9 μm no eixo Y, e proporcionando um adicional aumento de tamanho de goticula e adicional carga de pressão, conforme encontrado no ponto de topo B da curva, e correspondendo a um rotor (B) de menor diâmetro do segundo estágio, também indicado na figura. Mais especificamente, cada subsequente estágio compreende um rotor de menor diâmetro, liberando uma reduzida carga de pressão, mas, um tamanho de goticula em equilibrio aumentado. Uma curva de pressão otimizada indica como isso é correlacionado para as bombas de acordo com a invenção, mediante variação do diâmetro do rotor do estágio para um especifico tipo de rotor. Métodos similares podem ser usados, isoladamente ou em combinação, para variar outros parâmetros, tais como, a extensão ou largura do difusor, ou o tempo de residência, o modelo do difusor (de radial na direção axial, a partir da entrada, na direção da saida), e por outros métodos, que são discutidos no presente documento e que também representam modalidades da invenção.

[029] Sem qualquer ligação com aspectos teóricos, é suposto que cada estágio de bomba ou a própria bomba proporcione um tamanho de goticula em equilibrio para um tipo particular de mistura de fluido de entrada. Se o tamanho de goticula de entrada for suficientemente pequeno, o tamanho de goticula irá aumentar, enquanto a pressão irá diminuir. Se o tamanho de goticula de entrada for maior que o tamanho de goticula em equilibrio, a pressão irá aumentar, mas, o tamanho da goticula irá diminuir. Se o tamanho de goticula de entrada for igual ao tamanho de goticula em equilíbrio, a pressão irá aumentar, mas, o tamanho da goticula irá permanecer o mesmo. 0 tamanho da goticula é a média ou o tamanho médio de goticula.

[030] Agora, é feita referência à figura 5, que ilustra resultados de comparação para as bombas de acordo com a invenção, quando comparados com as bombas citadas pelo estado da técnica. Mais especificamente, o Requerente fez teste com bombas convencionais em laboratório, bombas que são tipicamente usadas em diversas aplicações de água produzida. A figura 5 é um diagrama mostrando os efeitos com relação aos tamanhos de goticula de óleo, a partir de diversas bombas em diferentes pressões diferenciais de bomba. Nesse estudo comparativo, as seguintes bombas foram usadas: (1) Nova bomba: uma bomba centrifuga de acordo com a invenção; (2) Bomba padrão: uma convencional bomba centrifuga de estágio único.

[031] 0 diagrama da figura 5 mostra os tamanhos de goticulas de saida de diversas bombas em (μm), no eixo Y, representado por DV(50), como uma função dos tamanhos de goticulas de entrada, no eixo X, para três diferentes pressões diferenciais de bomba: 7, 10 e 13 bar, respectivamente. As linhas pretas em diagonal pontilhadas ilustram quando as goticulas de saida se igualam em tamanho às goticulas de entrada. Novamente, isso significa que os resultados acima da linha pontilhada implicam em que o efeito liquido da bomba é uma ampliação da goticula de óleo, enquanto os resultados abaixo da linha pontilhada significam que o efeito liquido é a ruptura da goticula de óleo. Os resultados podem ser resumidos como segue: - uma bomba de acordo com a invenção proporciona claramente o melhor desempenho de goticula de óleo quando comparada à bomba centrifuga de estágio único. Os tamanhos de goticulas de saida de óleo são sempre maiores para as bombas conforme a invenção.

[032] Um teste comparativo extensivo (não ilustrado) foi realizado contra as bombas de múltiplos estágios citadas pelo estado da técnica e, também, as bombas helicoidais. As bombas centrifugas padrões de múltiplos estágios ou bombas centrifugas de estágio único nunca são de desempenho próximo, somente as bombas helicoidais são comparáveis para algumas modalidades, mas, apenas para tamanhos grandes de goticula de saida, por exemplo, de 15 e 20 μm, onde os processos de separação a jusante, normalmente, irão funcionar, conforme algum modo planejado.

[033] Agora é feita referência à figura 6, que indica um efeito tipico de separação de um hidrociclone de separação de óleo. Em tamanho de goticulas de cerca de 13 μm a 9 μm, o efeito da separação cai acentuadamente, de cerca de 95% para cerca de 17%. Se a pressão de entrada para um hidrociclone deve ser elevada para uma efetiva operação, o uso de uma bomba de acordo com a invenção pode ser essencial para um satisfatório resultado. Comparado a uma bomba helicoidal, a bomba centrifuga de múltiplos estágios conforme a invenção é pequena e efetiva de provisão de energia.

[034] As bombas de acordo com a invenção proporcionam a exigida carga de pressão mediante modificação da bomba, de modo a ter uma diminuição da carga de pressão na direção da saida, mediante uma ou mais das seguintes características: diminuição do diâmetro do rotor, ampliação do difusor, redução da velocidade para subsequentes estágios de rotor, modificação de subsequentes rotores para obtenção de maior fluxo axial em favor do fluxo radial, ou adicionais características conforme aqui discutidas. 0 resultado é uma coalescência de goticulas, se o tamanho de goticula de fluido de entrada for menor que o tamanho de goticula em equilibrio, ou uma menor quebra de goticula, se o tamanho de goticula de fluido de entrada for maior que o tamanho de goticula em equilibrio. Algumas bombas multifásicas ou bombas tolerantes a gás, assim como, os compressores, podem apresentar um menor diâmetro de fluxo nos rotores subsequentes, ou mesmo um menor tamanho de rotor, entretanto, isso somente deve ser considerado com o gás sendo comprimido e exigindo um menor espaço, ou seja, nada tendo a ver com a coalescência, reduzida quebra de goticula ou facilitação de subsequente operação.

Claims

1. Bomba centrífuga (100; 1), que quando em uso provê a coalescência de gotículas de um líquido disperso em um líquido contínuo, caracterizada pelo fato de que a dita bomba (100; 1) compreende dois ou mais estágios, onde o último estágio ou últimos estágios na direção do fluxo é/são configurados de tal maneira que em relação aos estágios a montante contenha(m) uma ou mais características de cada grupo (A) e (B), que consistem de: (A) - rotores (103; 2), com reduzido diâmetro externo de rotor (103; 2), com um diâmetro de entrada igual ao diâmetro de entrada interno de rotores (103; 2) a montante, - rotores (103; 2) com aumento do componente de fluxo axial em relação ao componente de fluxo radial, - uma engrenagem redutora a montante do último estágio ou dos últimos estágios proporcionando reduzida velocidade de rotação, e (B) - difusores (104; 3), com aumento do tempo de residência do fluido no difusor (104; 3), ao mesmo tempo em que a turbulência proporciona aumento de colisões de gotículas, e pelo fato de os difusores (104; 3) compreenderem: - aumento da extensão do fluxo através do difusor (104; 3), ou - a área de seção transversal aumentada ou aumentando para o fluxo através do difusor (104; 3).

2. Bomba, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o diâmetro do rotor (103; 2) para os estágios subsequentes foi reduzido, a extensão do fluxo do difusor (104; 3) para os estágios subsequentes foi aumentado, mediante disposição de rotores (103; 2) de menor diâmetro em um eixo comum, acoplado a difusores (104; 3) de diâmetro externo constante na direção de saída, interiormente a uma carcaça (6) de diâmetro constante.

3. Bomba, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o diâmetro do rotor (103; 2) diminui para cada subsequente rotor (103; 2) ou grupo de subsequentes rotores (103; 2).

4. Bomba, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o componente de fluxo axial de um rotor (103; 2) de um estágio aumenta em relação ao componente de fluxo radial para os estágios subsequentes na direção do fluxo e o componente de fluxo radial diminui por cada rotor (103; 2) subsequente ou grupo de rotores (103; 2) subsequentes.

5. Bomba, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a bomba (100; 1) compreende um difusor (104; 3) de área de seção transversal aumentada ou tendo maior aumento, para o fluxo na direção da extremidade a jusante do difusor (104; 3).

6. Método de execução de um projeto ou de modificação de uma bomba centrífuga (100; 1) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, para uma determinada carga de pressão/altura de carga, de modo a proporcionar reforço de pressão e coalescência de gotícula de um líquido disperso em um líquido contínuo, para reduzir o número de processos de separação a jusante, caracterizado pelo fato de dividir a bomba (100; 1) em dois, três ou mais estágios de bomba, e modificar ou projetar o último estágio ou últimos estágios na direção do fluxo em relação aos estágios a montante, por meio de uma ou mais etapas de cada grupo (A) e (B) que consistem de: (A) - projetar ou modificar rotores (103; 2) mediante uma ou mais das seguintes etapas: - reduzir o diâmetro exterior do rotor (103; 2) para os estágios subsequentes, com um diâmetro interior de entrada de rotor (103; 2) igual ao diâmetro interior de entrada de rotores (103; 2) a montante; - escolher ou modificar os rotores (103; 2) de modo a proporcionar uma reduzida turbulência, mediante provisão de um maior fluxo axial do rotor (103; 2) em relação ao componente de fluxo radial dos estágios subsequentes, - operar os últimos estágios com reduzida velocidade de rotação, através da inserção de uma engrenagem redutora no último ou nos últimos estágios; e (B) - projetar ou modificar difusores (104; 3) mediante uma ou mais das etapas que consistem de aumentar o tempo de residência do fluido no difusor (104; 3), onde a turbulência proporciona um aumento de colisões de gotículas em aumentando a extensão do fluxo através do difusor (104; 3), ou em aumentando a área de seção transversal para o fluxo através do difusor (104; 3).

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o diâmetro do rotor (103; 2) é reduzido para o estágio ou estágios subsequentes, a extensão do difusor (104; 3) é aumentada para os estágios subsequentes mediante disposição e acoplamento de rotores (103; 2) em um eixo comum, e de difusores (104; 3) interiormente a uma carcaça (6) de diâmetro constante.

8. Uso de uma bomba centrífuga (100; 1) como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o uso se destina a um reforço da pressão e a uma coalescência de gotículas de um líguido disperso em um líquido contínuo, a montante de um equipamento de separação.