Quinta, 21 de Setembro de 2017

Utilizando CFD para simular as transferências de calor em uma fornalha da Braskem

Ao término de um projeto com duração de 7 meses, a ATS inovou ao elaborar uma nova estrutura para queimadores de combustível da Braskem, que enfrentava problemas nos equipamentos que realizam a combustão de gás vinil-acetileno. Com a utilização da estrutura proposta, agora os queimadores possuem sistemas de resfriamento que aumentam sua vida útil, ficando mais econômicos e sendo capazes de realizar produção contínua sem a necessidade de reparos frequentes. Para obter tal resultado a ATS, empresa de soluções computacionais em engenharia, utilizou CFD (Computational Fluid-Dynamics), ou fluidodinâmica computacional, para propor uma solução única no tratamento do gás utilizado pela Braskem.

 

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O Problema: Reduzir o aquecimento das lanças de gás vinil-acetileno

 

O gás vinil-acetileno, ao passar por uma parte da estrutura dos queimadores de combustível chamada de lança, se decompõe em diferentes gases devido ao aumento de temperatura. Essa decomposição, seguida de polimerização, é capaz de entupir a lança, e esse acúmulo gera problemas na passagem do gás ocasionando a necessidade constante de reparos por parte da Braskem.

A Ffurnari foi responsável pela caracterização do problema em questão. No relatório, apresentaram a composição dos gases residuais gerados pela combustão do gás vinil- acetileno, assim como todas as suas propriedades físicas relevantes na projeção de uma nova lança considerando dois critérios principais.

 

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A Solução: Reprojeto da lança com simulação utilizando CFD++

 

O primeiro deles, o entupimento da lança, foi resolvido com implementação de camisas de ar que diminuem o aquecimento do gás e a sua decomposição. O desenvolvimento dessas camisas permite que o gás tenha temperatura baixa no trajeto ao longo da caixa de ar onde é mantido, de maneira que, ao chegar à extremidade da lança não haja risco de decomposição em novos gases. Para resolver o segundo deles,a facilidade na limpeza da lança, o relatório da Ffurnari sugere mudanças estrtuturais como a substituição de duas lanças por uma.

A ATS utilizou-se desse relatório para concretizar o projeto utilizando uma ferramenta conhecida na engenharia para o tratamento de problemas com questões de dinâmica de fluidos envolvidas: a fluidodinâmica computacional. Já utilizada em outros problemas de engenharia, neste caso o CFD++ foi muito importante para simular diferentes cenários envolvendo a lança e como diferentes condições seriam capazes de afetá-la. O CFD++ é o software desenvolvido pela Metacomp Technologies para simulação de mecânica dos fluidos, e distribuído no Brasil pela ATS. O Software já se provou muito versátil, sendo aplicado em problemas diversos como a simulação do escoamento em torno de um navio da marinha brasileira para determinação do envelope de pouso de um helicóptero. Sua aplicação em combustão também foi comprovada, inclusive um curso sobre o assunto foi ministrado no curso de combustão do IPT, na última semana de Agosto de 2017.

A ATS também se preocupou em dividir seu estudo do caso da Braskem em dois diferentes domínios para desenvolver um material completo, que também leva em conta detalhes específicos dos equipamentos da Braskem, criando uma solução personalizada que, quando implementada, causou um grande impacto na vida útil do equipamento, gerando economia e permitindo uma utilização constante.

 

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Depois de um estudo extenso com a utilização de CFD, a ATS foi capaz de criar simulações computacionais da combustão que descrevem o comportamento do gás de vinil- acetileno e seus componentes e caracterizá-los de acordo com variações de temperatura no interior da lança. Na construção de novos queimadores de combustível, as simulações foram parte crucial para saber como a estrutura deveria ser construída uma vez que o conhecimento dos perfis de temperatura e outras propriedades como a velocidade do gás, por exemplo, são essenciais na reformulação do equipamento de maneira a impedir o entupimento da lança e evitar manutenções recorrentes.

Utilizando de sua expertise no tratamento de problemas, a ATS usou CFD para inovar projetando um queimador de combustível de vinil-acetileno único. Considerado um desafio, o projeto demonstra a capacidade da empresa em mesclar técnicas computacionais e metodologias de engenharia tradicional para obter resultados notáveis na área, evidenciando seu posicionamento como empresa-ponte entre a indústria e a academia.

 

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