Estudo de Modelagem da Migração
Advectiva para Sistemas Água/Óleo
a Partir de Orifícios Circulares
Barbara Yuri de Oliveira (bolsista);
Gabriel Casimiro Mariano (colaborador/co-orientador);
Marintho Bastos Quadri (orientador)
MOTIVAÇÃO: O constante crescimento de operações offshore da
indústria de petróleo amplia a problabilidade de ocorrência de
vazamentos em dutos submersos, mesmo considerando os elevados
padrões de segurança envolvidos. Nesses vazamentos, três diferentes
etapas são consideradas, e em cada uma delas diferentes quantidades
de óleo são liberadas. Nos primeiros quinze minutos, há o vazamento
devido a despressurização do duto, e uma enorme quantidade de óleo
vaza até que a pressão interna se iguale à externa. Depois, ocorre o
fenômeno de migração advectiva: a água começa a entrar no duto e
uma quantidade quase equivalente de óleo vaza para o mar. A última
etapa é o movimento da manchade óleo derramada pela superfície do
mar.
Para a primeira e ultima etapa, vários trababalhos estão disponíveis na
literatura. Porém para a segunda e teoricamente mais importante etapa
em um vazamento, raríssimos trabalhos são encontrados.
OBJETIVOS DO TRABALHO: O presente projeto se propõe a um estudo
de modelagem com o emprego do software CFX, visando caracterizar
de forma realística a fase inicial da instabilidade na interface água/óleo
que se verifica no plano do orifício através do qual ocorrerá o vazamento.
Este estudo também dará suporte de validação a um modelo simplificado
já desenvolvido pelo LCP para a quantificação do volume vazado em um
vazamento na etapa de migração advectiva.
APLICAÇÃO NA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO: O resultado final desta
pesquisa deverá conduzir à correta modelagem tridimensional do
fenômeno de migração advectiva. Espera-se assim, contribuir para a
segurança e preservação do meio ambiente, fornecendo uma
ferramenta eficiente para quantificar o volume de óleo vazado em um
acidente onde ocorra vazamento em água e assim definir estratégias de
remediação do impacto sobre a vida marinha e região costeira.
RESULTADOS OBTIDOS: O modelo do projeto baseia-se num estudo
desenvolvido por uma equipe do Laboratório de Controle de Processos do
Departamento de Engenharia Química da UFSC (LCP-ENQ). Consiste em
um cilindro de vidro com 1 metro e vinte centímetros de altura e um
diâmetro de 10 centímetros, onde são colocados água e óleo separados
por uma placa de vidro com orifício. Esse recipiente é então girado em
180 graus para simular o que, na prática, representaria o rompimento de
um duto de petróleo. Quando o cilindro foi girado, colocando então o óleo
sob a água, sua densidade, que é menor, forçou a sua saída pelo orifício,
que tenta imitar a corrosão por pit. O que se vê é uma formação
geométrica parecida a dois dedos em direções opostas - um para cima, de
óleo, e outro para baixo, de água.
Através do simulador de
fluidodinâmica computacional
Ansys CFX realizamos os
estudos para obter uma solução
numérica do problema. As
etapas que devem ser nessa
simulação são:
Figura 1:
representação
esquemática do
problema
AGRADECIMENTOS:
Figura 2: início do
vazamento
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Desenho da geometria;
Discretização da geometria gerada,
ou seja, geração e refino de malha;
Definição do problema: condições
iniciais e de contorno, além dos parâmetros físicos;
Simulação numérica através de um solver;
Geração de saída gráfica e análise dos resultados obtidos.
Na figura ao lado está a represetação
da
geometria
do
problema
desenvolvida para a simulação.
Abaixo, temos a ilustração da malha
refinada.
Os resultados até então obtidos
estão
representando
satisfatoriamente o observado
experimentalmente.
Contudo,
busca-se ainda aprimorar a malha
nas regiões
por onde passa a
interface água/óleo, buscando-se
também otimizar o passo de tempo.
Então, está sendo necessário reduzir
o comprimento do domínio e
aumentar o número de pontos. Assim,
tem sido possível obter simulações
de 6 segundos de vazamento em um
limite máximo de tempo de uma
semana..
Comparação do resultado obtido em simulação com o experimento: observa-se
que a simulação representou bem a formação de fingers.
CONCLUSÕES: Do ponto de vista ecológico, os eventos de vazamento de
petróleo são conhecidos por causar grandes danos ao meio ambiente, o
que atesta a importância do estudo. Também, a correta estimativa dos
volumes de óleo vazados durante um vazamento submerso é de grande
interesse nos embates jurídicos, suprindo a empresa com informações
técnicas confiáveis. O estudo de modelagem aqui desenvolvido pode
agregar conhecimento e atender a importantes demandas provocadas
pelos eventos de vazamentos submersos.