Exame de Qualificação: Otimização de dispositivo Venturi utilizando-se a Técnica da Derivada Topológica

Orientadores:
Antônio André Novotny - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC

Banca Examinadora:
Pablo Javier Blanco - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC (presidente)
Gilson Antônio Giraldi - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC
Felipe Bastos de Freitas Rachid - Universidade Federal Fluminense - UFF
Eduardo Ferreira Gaspari - Petrobras

Suplentes:
Marcio Arab Murad - Laboratório Nacional de Computação Científica - LNCC

Resumo:

Elementos de restrição a escoamentos de líquidos e gases são dispositivos comumente utilizados para fins diversos, em diferentes segmentos industriais. Dentre as aplicações possíveis, o controle de vazão do fluido injetado e a pr ópria medição de vazão são aplicações importantes e de certa forma realizadas fazendo-se uso de elementos restritivos como bocais, orifícios e venturis. No caso específico das vazões de escoamento de líquidos e de gases, estas são medidas de diferentes formas, uma delas, mediante indução de perda de carga ao escoamento, localizada em um determinado trecho de interesse, pertencente a uma dada parte das instalações de processo. Uma vez provocada esta perda de carga localizada (diferencial de pressão entre as extremidades do elemento restritivo) e conhecendo-se de forma preliminar a geometria desta restrição, bem como as temperaturas a montante e a jusante, tem-se uma medição da vazão do fluido escoado com considerável grau de precisão. No caso específico da utilização de elementos restritivos como controle de vazão, a obtenção de uma geometria otimizada tende a reduzir problemas de instabilidade ao escoamento compressível, os quais comprometem a continuidade operacional de plantas de processo. Apesar das vantagens de sua aplicação, a indução de perda de carga localizada mediante a instalação de um elemento restritivo é uma ação que resulta em perda de energia cinética do escoamento, tendo-se o risco de se comprometer requisitos industriais relacionados aos níveis mínimos de pressão em determinados processos. Assim sendo, a realização de uma medição de vazão otimizada, reduzindo-se ao máximo a perda de energia cinética do escoamento, tende a garantir tais requisitos mínimos de pressão, resultando em performance mais adequada ao processo industrial considerado. A aplicação de técnicas de otimização topológica em dispositivos de restrição, em especial a técnica da derivada topológica, é um caminho que tende a trazer bons resultados com menor custo computacional, comparada com outras técnicas de otimização. No caso específico da otimização topológica de dispositivos venturis, mediante a aplicação da técnica da derivada topológica, trata-se de um trabalho pioneiro se ndo uma grande oportunidade para aprofundamento dos estudos neste sentido, uma vez que a derivada topológica é aplicável a problemas de mecânica dos fluidos, que vão desde a necessidade de otimização das geometrias de elementos submetidos ao escoamento, como também a possibilidade de se inferir com certo nível de detalhamento as geometrias de possíveis obstruções em dutos e tubulações.