Análise fluidodinâmica computacional do gradiente de temperatura e da estabilidade em dutos submarinos

• Autor(a) principal: Fraga, Vinicius Serta
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: https://app.uff.br/riuff/handle/1/3940
• topic: Dutos submarinos; Estabilidade; Temperatura; Duto; Fluidodinâmica computacional; Temperatura; Transferência de calor; Subsea pipeline; Stability; Temperature

A utilização de dutos submarinos vem aumentando à medida que reservas convencionais de óleo e gás onshore e em águas rasas se esgotam, assim como o uso de hidrocarbonetos se expande. Desde meados de 2014, os preços do óleo tipo Brent declinaram até valores inferiores à $30,00 por barril, observado em janeiro de 2016. Além disso, é necessário dimensionar os dutos corretamente para assegurar sua estabilidade e ainda, analisar a temperatura ao longo do contato hidrocarboneto – aço a fim de evitar super dimensionamento e consequentemente gastos desnecessários com materiais. Nesse projeto é apresentado o critério de dimensionamento para as camadas de aço e de concreto do duto. Uma análise de elementos finitos é feita para obter as forças de sustentação e de arrasto ao longo do duto para cálculos de estabilidade, assim como para obter a temperatura radial ao longo da tubulação. O comportamento da força de sustentação observado no software foi de acordo com os cálculos analíticos da norma DNV-OS-F101, no entanto, a força de arrasto apresentou diferenças significativas entre o observado na ferramenta computacional e os cálculos analíticos. Isso pode ser explicado pelo coeficiente de arrasto adotado pelo software ser um valor variável à critério do conservadorismo adotado, enquanto que o coeficiente de sustentação é um valor fixo pela norma. Além disso, o uso de uma camada adicional de concreto não será requerido para profundidades superiores à 200 metros quando o critério de dimensionamento utilizado é referente à pressão externa. A análise do gradiente de temperatura ao longo da linha mostrou que a camada de concreto atua como um forte isolante, mantendo o calor interno do fluido. Sendo assim, para uma tubulação revestida com concreto não haverá economia significativa de material, já que a água do mar não irá resfriar significativamente o fluido interno. Por outro lado, o duto sem revestimento apresentou quedas significativas na temperatura, o que resulta em uma redução de mais de 4% na espessura do duto para altas temperaturas de entrada do hidrocarboneto. Por fim, é proposto um gráfico para encontrar simplificadamente a temperatura final no contato hidrocarboneto - aço a partir da temperatura de entrada do hidrocarboneto na linha e da temperatura da água do mar