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

Abstract

Processos de refino são realizados para transformar o óleo cru em produtos utilizáveis como o gás liquefeito de petróleo (GLP) e a gasolina. O hidrotratamento, processo que utiliza sistemas de tubulações submetidos a elevadas pressões por meio de grandes compressores, pode gerar elevadas pulsações de pressão - causada pela compressão intermitente do gás - a qual pode interagir com a estrutura dos tubos que conduzem este gás para outras partes do sistema. Grandes níveis de vibração são gerados dependendo do comportamento acústico do gás e da estrutura que o comporta, podendo causar quebras e falhas não previstas em projeto. Sendo assim, o presente trabalho, desenvolvido por Bruno Hashinokuti Iwamoto sob orientação do professor Dr. Arcanjo Lenzi, é parte de um projeto em parceria com a Petrobras que visa desenvolver um procedimento numérico para a análise da pulsação acústica e das vibrações excessivas dessas tubulações. Dado isso, as etapas deste trabalho consistem em formular uma hipótese adequada para simplificar o fenômeno físico considerando as frequências de excitação de interesse; e desenvolver um procedimento baseado no Método dos Elementos Finitos (FEM) para representar o comportamento acústico de gases transportados através de sistemas de tubulações. Em relação à descrição do fenômeno físico, apesar de ser possível representar o comportamento acústico em dutos através de formulações analíticas para o caso de tubos retos, estruturas mais complexas exigem a utilização de procedimentos numéricos para descrever o fenômeno. Portanto, o Método dos Elementos Finitos aplicado à acústica unidimensional com elementos modelados de acordo com a equação da onda foi implementado em um programa em Python. Como resultado, foram obtidas as características acústicas de uma rede de dutos típica de aplicações na indústria de óleo e gás, como o espectro da pressão em qualquer ponto da estrutura e o campo de pressões ao longo da geometria. Mais ainda, como forma de avaliar a capacidade do método desenvolvido, outras geometrias com menores diâmetros e configurações distintas foram testadas e tiveram seus resultados validados, assegurando a capacidade do programa de solucionar problemas complexos. Por fim, nenhuma alteração no projeto em função do período de isolamento devido à pandemia de COVID-19 foi necessária.