Brazil Nut

Técnica

Método dos Elementos Discretos (DEM) (Cundall, 1971)

Problema

“Brazil Nut” (castanha-do-Pará) é um problema de segregação granulométrica que ocorre em um empacotamento de grãos quando submetido a agitação. Correntes convectivas se formam elevando à superfície as partículas de maior diametro. Essas, então, ficam retidas à superfície sem que seja possível o seu retorno ao fundo por correntes descendentes, compromentendo uma desejada homogeneidade da mistura. A forma do recipiente, a energia transferida ao recipiente, a distribuição garnulométrica, o seu grau do empacotamento e o espaço livre à sua movimentação no interior do recipiente são alguns dos fatores que têm influência no problema.

Sobre o filme

Ilustra uma idealização do problema, apresentando um recipiente de base quadrada, com uma distribuição mondispersa (igual diâmetro) de partículas esféricas, contendo uma única partícula maior. A excitação é dada pelo fundo do recipiente submetido a uma condição de movimento imposto alternativo (senoidal), de frequência fixa. Para efeitos da visualização, o modelo é apresentado em perspectiva com a remoção das partículas que encobririam o movimento ascendente da partícula maior. Na janela, tem-se a vista superior do modelo apresentando a superfície do conjunto de partículas. Curiosidade: O problema tem seu nome herdado do caso prático enfrentado pela indústria no transporte de misturas de castanhas (pará, caju, amendoim, etc.). O consumidor final ficava insatisfeito com o produto ao abrir o recipiente e encontrar notadamente as castanhas-do-pará (as maiores) à superfície e os demais grãos estratificados de forma semelhante.

Colisão de dois Tubos (Pipe Whip)

Técnica

Método dos Elementos Finitos MEF, formulação Lagrangeana, contato e impacto

Problema

Trata-se da modelagem do problema de contato e impacto transversal entre dois tubos. Em instalações industriais, tubulações operadas a altas pressões podem se romper induzindo um movimento de chicoteamento sobre outras tubulações vizinhas (“pipe whipping”). Elementos finitos de casca corrotacional basedos no contínuo 3D são empregados para modelar grandes deslocamentos, deformações finitas e o comportamento elasto-plástico do material (aço). As condições de contorno do problema não são conhecidas a priori, sendo a definição das regiões de contato entre as estruturas parte integrante da solução do problema. O problema matemático envolvido é um problema de valor inicial, altamente não linear. As condições de contato e impenetrabilidade são relaxadas através de um técnica de penalização denominada “pinball”.

Sobre o filme

Ilustra o desenvolvimento da colisão tranversal entre dois tubos.

Wake Induced Vibration (WIV) entre dois
Cilindros em Linha

Técnica

Método dos Elementos Finitos MEF, formulação ALE (Lagrangeana-Euleriana Arbitrária)

Problema

Trata-se de um problema de interação fluido-estrutura envolvendo a simulação do comportamento de um arranjo de dois cilindros em linha sob escoamento transversal. O cilindro a montante é fixo e o a jusante é móvel. O descolamento de vórtices no cilindro a montante induz os moviemntos no cilindro a jusante. O problema pode ser encontrado em instalações de multiplos risers (tubos para elevação de hidrocarbonetos), situação típica de instalações marítimas de produçaõ de petróleo. As equações transientes de Navier-Stokes para o fluido são resolvidas por uma técnica Euleriana-Lagrangeana que considera o movimento do corpo imerso para adaptar a malha ao seu redor, movendo os seus nós. O sistema é integrado ao longo do tempo determinando as novas posições do corpo e a configuração do fluido ao seu redor.

Sobre o filme

Ilustra o arranjo de cilindros imersos, a malha empregada no domínio computacional e as superfícies de nível para os valores de velocidade.

Circulação induzida pela Tampa em Cavidade

(“Driven Lid Cavity”)

Técnica

Hidrodinâmica de Partículas Regularizadas – SPH (smoothed particle hidrodynamics)

Problema

Trata-se da modelagem do problema de circulação forçada pela tampa em cavidade fechada preenchida por fluido newtoniano. Equações de Navier-Stokes resolvidas pela técnica Lagrangeana de SPH (smothed particle hydrodynamics) sobre um domínio bi-dimensional.

Sobre o filme

Ilustra o desenvolvimento do escoamento, representando as partículas sph empregadas na simulação e o respectivo campo de velocidades. O gráfico ilustra o histórico de velocidade de uma partícula (destacada em branco) inicialmente situada próxima à tampa do domínio.

O Projeto PEMEX foi criado em 2000 como uma iniciativa piloto, fruto de uma parceria entre o Centro Brasileiro de Recursos Radarsat, vinculado ao Programa de Engenharia Civil da COPPE/UFRJ, a empresa canadense RADARSAT International Inc. e a companhia mexicana estatal de petróleo PEMEX. O principal objetivo era desenvolver uma metodologia para a detecção de óleo na superfície do mar empregando imagens do radar de abertura sintética (Synthetic Aperture Radar – SAR) a bordo do satélite Radarsat-1.

No ano seguinte, o projeto avançou para uma fase pré-operacional, marcando uma etapa crucial para a adaptação da tecnologia às necessidades operacionais da empresa. O sucesso dessa fase resultou em contratos contínuos com a PEMEX, que se estenderam até a fase operacional.

A experiência adquirida ao longo do Projeto PEMEX resultou na criação de uma base técnico-científica sólida, direcionada a estudos aplicados à indústria do petróleo, especialmente em fronteiras exploratórias. O projeto visou maximizar o potencial de sucesso em investimentos prospectivos com a redução do risco exploratório para a geração e migração de óleo. Para isso, foi desenvolvida uma metodologia para a caracterização qualitativa de regiões favoráveis à exploração de petróleo, utilizando principalmente a análise de imagens de sensoriamento remoto por radar e dados geológicos, além de informações meteorológicas e oceanográficas.

Técnicas de fusão de informações e conjuntos fuzzy foram aplicadas na análise integrada de dados, combinando dados temáticos (abordagem data-driven) com conhecimento tácito doespecialista (abordagem knowledge-driven). A análise de diversos estudos anteriores foi fundamental para o sucesso de tal modelo. Nesse contexto, a associação espacial entre os prospectos e os dados estudados é utilizada para avaliar a favorabilidade de determinadas áreas para exploração, discriminando as regiões com maior potencial prospectivo.

Principais contribuições e resutlados do projeto PEMEX

• Acervo com mais de 900 imagens SAR processadas;
• Monitoramento de 343 plataformas na região Marina Noreste;
• Interpretação de aproximadamente 12.000 feições associadas a descartes ilegais e exsudações naturais de óleo, todas validadas pela PEMEX e inseridas em um banco de dados hospedado no LAMCE;
• Apoio a emergências relacionadas a acidentes em plataformas de petróleo, especialmente em casos de derramamentos de óleo no oceano;
• Identificação de 81 clusters de exsudações naturais, com lâmina d´água variando de 40 a 3800 metros.

Monitoramento das atividades da PEMEX na região marina noreste

Exsudação de óleo de Cantarell, Baía de Campeche, maior exsudação natural offshore conhecida(imagens radarsat-1 e radarsat-2)