MODELO FLUIDODINÂMICO PARA O FLUXO MULTIFÁSICO EM UM PRATO PERFURADO

AGRADECIMENTOS:

Joel Gustavo Teleken(bolsista); Marintho Bastos Quadri(co-orientador);Ricardo Antonio Francisco Machado(orientador)

MOTIVAÇÃO:Inserido neste contexto socioeconômico globalizado e competitivo, estão o desenvolvimento de projetos e processos químicos cada vez mais aperfeiçoados, incorporando modelos matemáticos que possibilitam maior aproximação do seu comportamento real. Um maior entendimento, em nível microscópico, dos mecanismos que ocorrem em processos de destilação é muito relevante, principalmente quanto a sofisticação dos equipamentos e controle. A coluna de destilação é um dos equipamentos de separação mais utilizados na indústria petroquímica, representando cerca de 80% do custo operacional energético, por isso o funcionamento e otimização destas unidades são fatores cruciais econômica e socialmente. Este projeto procura vincular o Desenvolvimento

e Controle de Processos de Destilação e Fluidodinâmica Computacional, para associar um estudo de fluidodinâmica computacional aos estudos tradicionais de transferência de calor, massa e quantidade de movimento em colunas de destilação. A fluidodinâmica computacional envolve a solução numérica de conservação da massa, momentum e energia. A aplicação de tal ferramenta na modelagem de colunas de destilação pode melhorar a descrição do escoamento o qual, à luz engenharia de processos de separação é tratado empregando-se uma combinação de modelos altamente idealizados e que muitas vezes deixam a desejar.

RESULTADOS OBTIDOS:

OBJETIVOS DO TRABALHO:O objetivo é desenvolver um modelo microscópico para representar a fluidodinâmica do escoamento líquido-vapor em um prato perfurado de uma coluna de destilação, baseado na conservação da quantidade de movimento sob condições de turbulência.

APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO:Neste projeto é estudada a habilidade da fluidodinâmica computacional para modelar a complexa hidrodinâmica bifásica de pratos perfurados de colunas de destilação pois, estas são amplamente utilizadas na indústria e a sua descrição é de grande importância para o desenvolvimento de projetos e sistemas de controle cada vez mais otimizados, tendo em vista, que a falta de maiores conhecimentos sobre os fenômenos que ocorrem no interior das colunas de destilação tornam-se barreiras significativas para o melhoramento do seu desempenho e projeto. Outra importante vantagem da técnica de CFD é que a geometria e todos os

efeitos de escala são considerados automaticamente ao se definir o sistema a ser modelado e estudado. Melhorar o desenvolvimento destes projetos, otimizar os sistemas de controle e readequar os métodos de otimização, levando em consideração os fenômenos de transferência de calor, massa e quantidade de movimento, os quais podem ser identificados e estudados a partir de um estudo de simulação fluidodinâmica computacional são as inovações deste projeto.

CONCLUSÕES:As principais conclusões obtidas até o presente momento são:- os padrões de fluxo da fase líquida (quando o escoamento é monofásico) são muito diferentes dos padrões de fluxo do escoamento bifásico (quando é feita a injeção de ar no prato), tornando este mais caótico e turbulento com áreas de circulação nas direções verticais e horizontais; - as regiões de circulação próximas à parede, com sentido oposto ao do fluxo natural do líquido, provavelmente aparecem devido ao componente radial de velocidade sofrer um maior impacto do campo de pressão em comparação ao escoamento do componente axial de velocidade;- os efeitos dos borbulhamento aumentam a energia cinética turbulenta, sendo um efeito muito importante no estudo do escoamento líquido-vapor em um prato perfurado de uma coluna de destilação; - observa-se que a fase vapor, quando em contato com o líquido fluindo horizontalmente obtém uma energia cinética na direção de fluxo de líquido;- a técnica de CFD tem se mostrado uma ferramenta importante para predizer escoamentos em pratos de destilação em regime turbulento, possibilitando a identificação dos padrões de fluxo e das regiões de maior recirculação.

Sistema para estudo Monofásico

Sistema para estudo Bi-fásico

Fração Volumétrica de Líquido Vetores de Velocidade

Fração Volumétrica de Líquido Vetores de Velocidade

Situação física a ser modelada