O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo termo-hidráulico para uma bomba multifásica do tipo duplo parafuso. Dadas as condições de operação da bomba, o modelo deve ser capaz de calcular diversos parâmetros tais como: distribuição de pressão e temperatura ao longo dos parafusos, vazão de refluxo, potência consumida e transferência de calor para os parafusos e a carcaça, entre outros. Devido à complexidade do escoamento dentro da bomba, optou-se por um modelo termo-hidráulico baseado em balanços de energia e massa. Dividindo-se o movimento dos parafusos em pequenos passos, é possível calcular tais balanços para cada câmara da bomba desde a sua formação na sucção até a sua abertura para a região de descarga. Cada fluxo material ou de energia necessários para que se possa realizar os balanços foi modelado separadamente. O cálculo da transferência de calor através da carcaça da bomba foi modelado utilizando-se um novo sistema de coordenadas desenvolvido para levar em conta a geometria da mesma. O cálculo da transferência de calor através dos parafusos foi feito utilizando-se coordenadas helicoidais. Para o cálculo das vazões de refluxo foram desenvolvidas correlações que permitem levar em conta o efeito da rotação do eixo sobre o refluxo, a qual, até o momento, havia sido desconsiderada em todos os outros modelos. Também se deduziu correlações para calcular a potência convertida em energia interna do fluido por atrito e que, somada à potência debombeamento teórica, fornece a potência consumida pela bomba. Os resultados fornecidos pelas correlações desenvolvidas foram comparados a dados experimentais encontrados na literatura. Uma boa concordância foi encontrada entre eles. No caso das correlações para cálculo do refluxo, os resultados são significativamente melhores que os valores obtidos sem levar em conta a rotação do eixo. ) A comparação dos dados calculados pelo modelo com dados experimentais mostrou que o ele consegue reproduzir muito bem o comportamento da bomba, com resultados muito melhores que os obtidos por modelos previamente propostos. Para escoamentos de líquido, a modelagem mostrou que a forma como se calcula o número de câmaras úteis da bomba está errada e uma nova fórmula foi proposta. No caso de escoamentos líquido-gás, os maiores erros aparecem quando a fração de gás é muito elevada e o parafuso é muito curto. Nesses casos, a obtenção de uma função mais completa para relacionar a FVG das fendas com a das câmaras é necessária. Para tanto, é preciso um levantamento maior de dados experimentais que abranja várias condições de operação e de geometria da bomba. Além da validação, as diversas simulações e dados apresentados permitiram uma significativa modificação na compreensão do real funcionamento da bomba e dos parâmetros que influenciam o seu comportamento e desempenho. Assim, o modelo na forma atual, embora ainda necessite de outros desenvolvimentos, pode ser utilizado no desenvolvimento da bomba e na simulação da sua eficiência em diferentes cenários de operação.

The research described in this work aimed the development of a thermo-hydraulic model of a twin-screw multiphase pump. With given operational conditions of the pump, the model must be able of calculating several parameters such as: pressure and temperature distribution along the pump screws, backflow rate, consumed power and heat transfer through screws and casing, among others. Due to the high flow complexity inside the pump, a thermo-hydraulic model based on energy and mass balances was chosen. By dividing the screw movement in small steps, it is possible to calculate all the balances for each pump chamber since its suction until the opening to the discharge region. Each material or energy flow, which is necessary to accomplish the cited balances, is individually modeled. The calculation of the heat transfer through pump casing was modeled by using a new coordinate system developed to take into account its geometry. The heat transfer through casing uses the helicoidal coordinate system. The backflow rate is determined with correlations which take into account the effect of screw rotation on the backflow. Such correlations were developed in this work because all the correlations commonly used do not consider the rotation influence. Correlations for friction were also developed to calculate the power that is converted in internal energy. The results obtained by the correlations were compared with experimental data found in literature and a good agreement wasfound. In the case of the backflow correlations, the results are significantly better than that obtained with previously proposed correlations. The comparison of the model results with experimental data showed that it can represent the pump behavior very well. When compared to previous models, the results are notably better. ) For liquid flow, the modeling demonstrated that the method used to calculate the number of useful chambers of the pump is incorrect and a new formula was proposed. In the liquid-gas flow, the worst results appear when the gas fraction is very high and the screw is short. In these cases, the relationship between the GVF (gas volumetric fraction) in pump chambers and clearances is highly complex and a better equation should be developed. For this purpose, however, it is necessary an acquisition of a huge amount of experimental data that would cover several operational conditions and pump geometries. Besides the validation, the several data generated by the simulations allowed a significant change in the comprehension of the real pump operation and the parameters that influence pump behavior and performance. Therefore, in its present evolution stage, the model can be used to help pump design and to simulate pump efficiency under different operational scenarios, even though new refinements are still necessary for the model.