Modelagem e simulação de escoamento compressível na presença de incerteza

Abstract

Os modelos fenomenológicos que descrevem o escoamento de fluidos compressíveis são complexos, devido à variação da densidade deve estar correlacionada com a variação de pressão. Isto faz com que sejam adotadas simplificações, como fator de compressibilidade médio, limitando a aplicação desses modelos. Assim, o objetivo deste trabalho é implementar modelos mais rigorosos de escoamento compressível tanto para compressores centrífugos quanto para o transporte de fluidos em longas distâncias, em específico com gás carbônico que vem sido empregado para recuperação de óleo na captura e estoque de carbono. Além disto, através do método de Monte Carlo a incerteza das simulações foram avaliadas, com o propósito de tomar decisões adequadas nos cenários estudados. Os resultados mostraram que a utilização de equação de estado para gás real e do escoamento compressível são relevantes nas curvas do compressor, contrário ao que literatura especializada frequentemente sugere, portanto esses sistemas não ficam bem representados por escoamento incompressível e gás ideal. As curvas de operação do compressor também foram definidas com avaliação da incerteza das curvas de surge e stonewall, obtendo uma região de operação, além de mais eficiente, que atenda a segurança operacional. Para a linha de pesquisa do transporte de gás carbônico, o diâmetro da linha foi dimensionamento, além do cálculo dos perfis de temperatura e pressão. Os resultados mostraram, também, que as simplificações comuns da literatura, como desprezo da energia cinética e considerar um fator de compressibilidade médio, nem sempre respondem adequadamente na obtenção dos perfis de pressão e temperatura. Também foi apresentada a avaliação da incerteza destes perfis, e definida a probabilidade do sistema não atingir as restrições de projeto, com o objetivo auxiliar em tomadas de decisões em projetos de transporte de fluidos. Desta forma influência de um modelo mais rigoroso foi estudada em diferentes casos de escoamento compressível, junto à avaliação de incerteza na tomada de decisão, e busca de processos mais eficientes.