1. Título: Estudo Numérico e Experimental de Métodos Físicos para Mitigação de Incrustações em Poços com Contenção de Areia.
A presença de incrustações em poços petrolíferos está quase sempre associada à perda de produção, à necessidade de intervenção e, consequentemente, à redução de lucros. De forma geral o mecanismo de geração das incrustações inorgânicas está ligado a alteração do estado de equilíbrio químico da solução. Com a precipitação de sais inorgânicos pode-se observar o acúmulo e/ou incrustação nas paredes dos poços e de seus elementos de completação, prejudicando a produção. Com viés para sistemas de contenção de areia, o presente projeto de pesquisa busca a sinergia entre as metodologias experimentais e numéricas para predizer situações de adversidades operacionais através do melhor entendimento do fenômeno. Com este expediente espera-se poder inferir procedimentos paliativos e/ou corretivos buscando mitigar perdas de produção.
Coordenador: Fabio de Assis Ressel Pereira (DTI/Ufes). Integrantes do GPMF/Ifes: Renato do Nascimento Siqueira (pesquisador), André Campanharo Gabriel (mestrando), Ayrton Cavallini Zotelle (mestrando), João Victor Lopes Marchiori (graduando) e Rodrigo Prando Pedroni (graduando).
2. Título: Simulação Numérica e Validação Experimental do Jato de Ar Pulsante de um Sistema de Limpeza de um Filtro de Mangas.
O lançamento de gases com materiais particulados na atmosfera causa grandes impactos ambientais no entorno e, por este motivo, propostas de novas tecnologias de remoção de materiais particulados e melhorias no desempenho das tecnologias existentes têm sido buscadas pelas indústrias para mitigar os efeitos deletérios destes lançamentos. Este projeto consiste na avaliação, por meio de simulação fluidodinâmica computacional, do desempenho do sistema de limpeza por jato de ar pulsante de um filtro de mangas. As simulações serão validadas com dados experimentais e parâmetros como vazão mássica adentrando a manga, sua distribuição ao longo do filtro, pressões do jato pulsante e seu alinhamento com o centro da manga serão investigados para que se possa entender melhor a influência destes sobre o desempenho de limpeza.
Coordenadores: Rafal Sartim (ArcelorMittal; DTI/Ufes) e Sandra Mara Santana Rocha (DTI/Ufes). Integrantes do GPMF/Ifes: Renato do Nascimento Siqueira (pesquisador), Hóliver Zambon Zanete (mestrando).
3. Título: Desenvolvimento de Metodologia Baseada em Modelagem Fenomenológica do Escoamento Multifásico Através de Atenuadores de Fluxo.
Atenuadores de fluxo são dispositivos instalados em linhas hidráulicas para reduzir oscilações de vazão e pressão oriundas de várias fontes tais como bombas recíprocas e compressores. Na indústria do petróleo, os atenuadores também são instalados na entrada de separadores e trocadores de calor de modo a evitar oscilações em seus funcionamentos. Este projeto de pesquisa tem como objetivo principal desenvolver modelos matemáticos que acoplem o escoamento de fluidos complexos à deformação dos dispositivos atenuadores de fluxo instalados no ambiente de flowlines. Os modelos de interação fluido estrutura desenvolvidos serão resolvidos numericamente através da técnica de dinâmica de fluidos computacional e análise de elementos finitos em código comercial. Espera-se, com o desenvolvimento dos estudos da modelagem e simulação numérica, o melhor entendimento dos fenômenos envolvidos no escoamento multifásico em atenuadores de fluxo, evidenciando os efeitos das propriedades mecânicas dos materiais do atenuador sobre a redução da celeridade, a Distribuição de Tamanhos de Gotas (DTG) das emulsões e o padrão de escoamento gás-líquido em diferentes condições de escoamento.
Coordenador: Daniel da Cunha Ribeiro (DETEC/Ufes). Integrantes do GPMF/Ifes: Renato do Nascimento Siqueira (pesquisador), João Paulo Barbosa (pesquisador), Michel de Oliveira dos Santos (doutorando), André Rabelo Moraes (mestrando), Matheus Alves Lima (mestrando), Pedro Henrique Bergamim Bis (graduando), Matheus Campos Vieira (graduando) e Gustavo Cordeiro Barreiros (graduando).
4. Título: Modelagem Matemática e Simulação Numérica do escoamento e da dispersão de poluentes em áreas urbanas utilizando a metodologia RANS.
A dispersão de poluentes em áreas urbanas é um tema que abrange tanto a área da engenharia como a da matemática aplicada e tem influência direta na nossa saúde, pois contribui para a melhoria da qualidade do ar. Este tema também envolve o estudo de fenômenos físicos da mecânica dos fluidos que contribuem para a disposição espacial dos poluentes na atmosfera urbana. A modelagem matemática desses fenômenos é baseada na solução de equações de conservação de massa, de quantidade de movimento e de espécie química, além da modelagem da turbulência, que utiliza as Equações Médias de Reynolds (RANS). O objetivo desse projeto é estudar o escoamento e a dispersão de poluentes em áreas urbanas específicas utilizando simulações numéricas em geometrias idealizadas, identificando padrões no seu comportamento para propor melhorias na qualidade do ar destas regiões. Serão testados diferentes modelos de turbulência com o objetivo de determinar aquele que possui o melhor desempenho para esta classe de problemas. Espera-se adquirir conhecimentos maiores dos escoamentos ao redor de prédios em área urbanas, dos fenômenos da turbulência e de como eles contribuem para a qualidade do ar.
Coordenadora: Fernanda Capucho Cezana (GPMF/Ifes). Integrantes do GPMF/Ifes: Gabriel Gusmão Almeida (graduando), Tomaz Antonio Lisboa e Silva (graduando) e Rodrigo Toledo Cunha (graduando).
5. Título: Simulação Numérica das Condições de Sopro e Penetração do Jato no Processo de Fabricação de Aço em Convertedores BOF.
A produção de aço em convertedores BOF tem se mostrado como uma técnica vantajosa em relação a outros processos de produção. A técnica é baseada na injeção de oxigênio, através de uma lança na qual um bocal convergente-divergente é utilizado para promover um jato supersônico, ocasionando a mistura do ferro líquido com o oxigênio para remover parte do teor de carbono, transformando-o em aço. Apesar das vantagens desta técnica, as condições de escoamento podem gerar desgastes excessivos no bocal, elevando o custo e o tempo utilizado para manutenções. As condições do jato também é um fator preponderante para a mistura do oxigênio com o metal líquido, o que afeta diretamente a eficiência do processo. Este trabalho busca avaliar como as condições operacionais e geometria do bocal afetam as características do sopro e como estas características influenciam a eficácia do processo de mistura do oxigênio no convertedor, visando estabelecer as relações entre os parâmetros operacionais e geométricos e as condições de escoamento, correlacionando estas características com o desgaste dos bocais, de forma a mitigá-lo, aumentando a vida útil do equipamento, e melhorar as condições de sopro, visando aumentar a eficiência do processo.
Coordenador: Renato do Nascimento Siqueira (GPMF/Ifes). Integrantes do GPMF/Ifes: João Paulo Barbosa (pesquisador), Lucas Martins Basilio (graduando), Pedro Francelino Garcia (graduando).
6. Título: Simulação dos efeitos de parâmetros operacionais e propriedades da escória na eficiência do processo slag splashing em convertedores do tipo BOF.
Convertedores BOF (Basic Oxygen Furnace) têm como objetivo principal a remoção de carbono do ferro-gusa para a sua transformação em aço. Esse processo se dá a partir da reação do carbono dissolvido no ferro gusa com o oxigênio, formando CO(g) e CO2(g) e diminuindo a concentração de carbono no banho metálico. Para tal, são empregadas lanças para sopro de oxigênio atingindo velocidades supersônicas, alcançadas devido às elevadas pressões no reservatório e por um correto dimensionamento do bocal, contribuindo para a penetração do oxigênio no banho metálico de alta massa específica. Devido à natureza das reações do processo de produção do aço, o desgaste do recipiente utilizado se torna inevitável e, para tanto, no início da década de 1980, foi desenvolvida a tecnologia slag splashing, com intuito de aumentar a vida útil do convertedor e reduzir os tempos de parada de operação para reestruturação do revestimento interno. O procedimento consiste em aplicar um jato de nitrogênio sobre a escória remanescente do processo de fabricação do aço, direcionando-a às paredes do recipiente. A camada de escória formada reestabelece as características refratárias do forno. A execução do processo de exige otimização dos parâmetros que influenciam na formação da camada de escória, tais como a vazão de gás, altura da lança, ângulo de saída do bocal e propriedades da escória. Este projeto pretende simular o processo slag splashing, variando as propriedades da escória e condições operacionais, para entender a relação entre esses parâmetros e o desempenho do processo, visando definir procedimentos de operação que levem a um aumento no número de ciclos entre paradas de manutenção dos convertedores BOF.
Renato do Nascimento Siqueira (GPMF/Ifes). Integrantes do GPMF/Ifes: João Paulo Barbosa (pesquisador), Samuel Inácio Batista Lima (mestrando).
7. Título: Investigação experimental da influência de modificadores de escoamento na eficiência hidráulica de unidades de tratamento e processos industriais.
A maioria das unidades de tratamento e processos industriais operam com eficiência inferior à prevista durante a fase de projeto pois, no projeto, o escoamento é considerado ideal, não levando em consideração características importantes do campo de escoamento no interior da unidade, como a presença de curtos-circuitos, recirculações e zonas mortas. A inserção de modificadores de escoamento tem por objetivo aproximar o desempenho da unidade ao previsto durante a fase de projeto. Entretanto, o comportamento fluidodinâmico da unidade, após a inserção desses dispositivos, precisa ser melhor investigada, visando a determinação do posicionamento adequado e características geométricas necessárias para melhorar o desempenho dos modificadores no processo. Parâmetros relativos aos modificadores de escoamento, como por exemplo a altura relativa de defletores de escoamento e a relação entre o comprimento efetivo e o espaçamento entre chicanas, são essenciais para o bom desempenho da unidade e foram investigados em etapas anteriores do projeto, com a utilização da dinâmica dos fluidos computacional. Este projeto tem por objetivo a realização de experimentos físicos em bancada para entender melhor os fenômenos que ocorrem no interior da unidade e validação das simulações numéricas, visando contribuir para o projeto mais racional de novas unidades de contato e na melhoria do desempenho de unidades existentes.
Renato do Nascimento Siqueira (GPMF/Ifes). Integrantes do GPMF/Ifes: João Paulo Barbosa (pesquisador), João Antônio Rodrigues Venturini (graduando).
8. Título: Instrumentação de bancada hidrodinâmica para avaliação de eficiência hidráulica de unidades de tratamento e processos industriais.
A hidrodinâmica do escoamento tem influência direta na eficiência de unidades de tratamento e de muitos processos industriais. Separação água-óleo na indústria do petróleo, flotação e sedimentação de material particulado na siderurgia e adequação de temperatura e tratamento de água e efluentes industriais ou domésticos são alguns exemplos de processos cujos desempenhos dependem das características dos escoamentos. O objetivo deste projeto é a instrumentação de uma bancada para simulação experimental de unidades de tratamento e processos industriais. A bancada encontra-se montada, mas sem a instrumentação adequada para monitoramento das variáveis de processo. A proposta consiste em, utilizando a plataforma Arduino, implementar medidores de vazão e sensores de condutividade que permitam o monitoramento dos parâmetros necessários para a obtenção das Distribuições de Tempo de Residência (DTR), ferramenta de suma importância para a análise da eficiência hidráulica de unidades de tratamento e processos industriais. Seguindo a metodologia proposta por Siqueira (1998), os sensores, construídos com material de baixo custo, serão calibrados e validados para que possam ser utilizados para a investigação experimental e validação de estudos numéricos realizados pelo grupo, envolvendo unidades de tratamento de água e efluentes e vários processos industriais.
Renato do Nascimento Siqueira (GPMF/Ifes). Integrantes do GPMF/Ifes: João Paulo Barbosa (pesquisador), Bruno Trevizani Ribeiro (técnico em eletrotécnica integrado ao ensino médio).