Métodos numéricos para a análise da pulsação acústica em tubulações de unidades de processamento de petróleo

Abstract

Processos de refino são realizados para transformar e refinar o óleo cru em produtos utilizáveis como o gás liquefeito de petróleo (GLP) e gasolina. Um destes procedimentos é o hidrotratamento, que utiliza sistemas de tubulações submetidos a altas pressões por meio de grandes compressores, gerando elevadas pulsações de pressão. O fenômeno de pulsação é causado pelas oscilações geradas pela compressão intermitente do gás, e tem efeito de interação com a estrutura dos tubos que conduzem este gás para todas as partes do sistema. Dependendo do comportamento acústico do gás e do comportamento estrutural, grandes níveis de vibração podem ser gerados, causando quebra e falhas não previstas. O projeto ‘Métodos numéricos para a análise da pulsação acústica em tubulações de unidades de processamento de petróleo’ tem o objetivo de estudar e predizer o comportamento de vibrações acusticamente induzidas. Através da formulação dos comportamentos acústico e estrutural de dutos, bem como o desenvolvimento de procedimentos numéricos para análise, desenvolve-se um software, em código aberto, para possibilitar a simulação. A modelagem do campo acústico interno de tubulações ocorreu por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF), com foco em gerar amostras que pudessem ser produzidas por impressora 3D e posteriormente analisadas experimentalmente. Os fenômenos de pulsação ocorrem em baixas frequências tornando possível a modelagem de propagação de ondas acústicas por meio da hipótese de ondas planas e, assim, predizer o comportamento de componentes como tubos retos de seção constante, câmaras de expansão e ressonadores, foco deste trabalho. Os tubos ressonadores são elementos acústicos, em geral, benéficos ao proporcionarem grande atenuação em frequências específicas. Contudo, a não sintonização adequada de tubos ressonantes pode acarretar grandes níveis de pressão. O uso de tubos com mais de uma ramificação permite sintonização em diversas frequências de interesse, embora sua formulação analítica possa se tornar complexa. De forma a compreender o comportamento destes componentes e garantir sua correta sintonização, implementou-se o MEF 1D acústico em código aberto. Notou-se redução da energia acústica na frequência de sintonização, com a geração de duas ressonâncias adjacentes de menor amplitude, além de atenuação promovida na frequência de interesse. O código programado permite a visualização dos campos de pressão e intensidade sonora para qualquer frequência. Com o objetivo de encontrar valores ideais de projeto, um estudo está sendo realizado para otimização de ressonadores, considerando comprimentos e diâmetros como variáveis de projeto. Todos os códigos desenvolvidos neste projeto estão disponíveis em um repositório na plataforma GitHub, possibilitando a livre utilização do público. O trabalho motivou a escrita de um artigo científico a ser submetido em revista especializada na área de Vibrações e Acústica. O projeto conta com o patrocínio da Petrobras e possui dois pesquisadores CLTs, dois mestrandos, dois bolsistas FAPEU, dois bolsistas PIBIC e um bolsista PIBIT. Devido ao caráter essencialmente digital, as atividades realizadas não foram impactadas com o isolamento causado pela pandemia do Coronavírus.