Para reduzir a quantidade de gás na sucção da bomba, separadores gás-líquido são empregados a montante do sistema de bombeamento, destacam-se os separadores centrífugos, helicoidais e gravitacionais. Estudos desenvolvidos em um separador gravitacional do tipo Shroud-Invertido (IS) indicam que é possível alcançar a separação total de gás, i.e., eficiências maiores que 97%. Um modelo semi-analítico do separador em posição inclinada foi desenvolvido para prever a região de separação total. Contudo, resultados experimentais sugerem que o modelo superestima a fronteira dessa região e não incorpora adequadamente os efeitos da dissipação de energia cinética turbulenta no interior do separador. Neste trabalho se avaliou experimentalmente a eficiência de separação de gás em um separador-IS, tanto em posição inclinada quanto na vertical. Além disso, estudou-se a distribuição estatística do diâmetro das bolhas produzidas pelo choque entre um líquido escoando em superfície livre descendente e uma interface gás-líquido em uma região anular. Técnicas visuais foram utilizadas no intuito de estudar os fenômenos de entranhamento de ar, quebra de bolhas e dissipação de energia cinética turbulenta no interior do separador. Os resultados mostraram maiores eficiências de separação de gás para o separador IS na posição β = 45º, seguido pelo separador na vertical e inclinado β = 15º, respetivamente. Mapas adimensionais de eficiência de separação foram levantados para as três posições testadas. Para o separador inclinado, foi desenvolvida uma expressão para determinar o comprimento de dissipação de energia cinética turbulenta, a qual ajustou o modelo semi-analítico para prever o comprimento mínimo do nível anular interno que garante a separação total de gás e o diâmetro de bolha no interior do separador. A correlação proposta apresentou resultados satisfatórios para todas as condições experimentais testadas neste trabalho. No caso do separador na vertical, foi proposta uma correlação empírica que prevê a eficiência de separação de gás, uma vez conhecida a vazão de líquido e o diferencial de pressão dado entre as pressões do casing/revestimento e da atmosfera. Ainda, esta correlação fornece as condições operacionais ótimas dada uma eficiência de separação específica e, acredita-se que possui fundamentos teóricos e potencial de servir para o escalonamento do Shroud-Invertido em condições de campo com óleos de baixa viscosidade.

The presence of free gas upstream of any pumping system reduces its efficiency, decreases the production rate and increases the parts replacement frequency and maintenance shutdowns. In practice, to reduce free gas at the pump suction, gas-liquid separators are installed upstream the pumping system. There are different gas-liquid separators. Among these, centrifugal, helicoid and gravitational separators stand out. Developed studies in an Inverted-Shroud gravitational separator (IS-separator) indicate that it is possible to reach total-gas-separation, i.e., efficiencies of gas separation (EGS) greater than 97%. A semi-analytical model was proposed to predict the total-gas-separation region, nevertheless, this model overestimates the border of that region and neither incorporate suitably the turbulent kinetic energy dissipation effects inside the separator. In this study, we evaluated experimentally the efficiency of gas separation in an IS-separator, both in a tilted and vertical position. Furthermore, we studied the statistical distribution of bubble size produced by the impact between a downward free-surface flow and a gas-liquid interface in an annular region. Optical techniques were used to study the phenomena of air entrainment, breaking bubbles and turbulent kinetic energy dissipation after the impact. The results showed higher efficiencies of gas separation for the IS-separator in position β = 45º, followed by the vertical separator and inclined β= 15º, respectively. Dimensionless maps of efficiency of gas separation were presented for the three tested positions. For the inclined separator, we developed an experimental expression to determinate the turbulent kinetic energy dissipation length, which adjusted the analytical model to predict the minimum internal annular level length that ensures the total-gas-separation and the bubble diameter inside the separator. In the case of the vertical separator, we proposed an empirical correlation to provide the efficiency of gas separation, once the liquid flow and the pressure differential between the casing and the atmosphere are known. This correlation might also be used to provide the optimal operating condition given a specific efficiency and we believe that it has theoretical foundations and potential to serve for the scaling of Inverted-Shroud under field conditions with low viscosity oils.