Estudo do vazamento e captura de óleo em ambiente subaquátco

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Florianópolis, 2012A ocorrência de acidentes em processos de extração de petróleo offshore tem sido um sério problema em virtude de vazamentos e suas conseqüências. Além das perdas econômicas, há o grande impacto ambiental ocasionado por tais derramamentos, que causam danos à fauna, à flora e a ambientes naturais (praias, recifes, etc.). Nesse contexto, estudos experimentais envolvendo a captura de óleo antes de seu espalhamento e emersão e a habilidade de simular a fluidodinâmica desse sistema pode se constituir em um elemento-chave para o desenvolvimento de tecnologias de captura. Com o intuito de analisar o comportamento de jatos de óleo em direção ao meio subaquático e sua ocupação em um balão de captura, neste trabalho foi construída uma bancada experimental como cenário para montagem dos ensaios de vazamento. Foram realizados experimentos para análise do ponto de fragmentação do jato, onde foi possível determinar a altura em que ocorre a fragmentação em função da velocidade de injeção de óleo, o que pode servir como uma estimativa no posicionamento de um balão para a captura de óleo. Experimentos tratando da formação de emulsão dentro do balão de captura também foram realizados. De acordo com a taxa de vazão de óleo em direção ao aparato de captura e o volume ocupado pelo mesmo, seria possível o controle desse processo através de um sistema de drenagem do óleo de maneira a não ser necessária a substituição do balão em condições de campo. Nos experimentos de drenagem do óleo foi atestada a viabilidade desse processo que deve levar em conta a viscosidade do óleo em questão, pois essa propriedade tem grande influência no tempo necessário para a drenagem. Na avaliação da ascensão de óleo por uma mangueira aberta a pressão atmosférica constatou-se que a coluna de óleo pode atingir a certa altura acima da superfície. A partir das simulações foi possível a reprodução das alturas de fragmentação do jato de óleo de maneira compatível com o observado nos experimentos. Aspectos de difícil visualização nos experimentos foram simulados e constatado que, uma grande quantidade de água é arrastada pela coluna ascendente de óleo através do tubo, o que pode gerar um deslocamento de água desnecessário em processos de captura de óleo. Com a observação dos contra-fluxos no bocal de recepção foi possível visualizar a existência de um fluxo reverso de água que sai do balão prejudicando a entrada de óleo em processos de captura.<br>Abstract : The occurrence of accidents in the process of offshore oil drilling has been a serious problem because of leaks and their consequences. Besides the economic losses, there is a great environmental impact caused by such spills, which cause damage to fauna, flora and natural environments (beaches, reefs, etc.). In this context, experimental studies involving the capture of oil before its spread and emergence and the ability to simulate the fluid dynamics of this system may constitute a key element for the development of capture technologies. In order to analyze the behavior of jets of oil into the underwater environment and its occupation in a catch balloon, an experimental system has been developed. Experiments were performed to analyze the point of fragmentation of the jet, in which it was possible to determine the fragmentation height due to the oil injection speed, which can serve as an estimate on the positioning of a balloon to capture oil. Experiments treating the formation of emulsion in the catch balloon were also performed. In accordance with the rate of oil flow into the capture apparatus, and the volume occupied by the same, it would be possible to control this process by a drain system of the oil so as not to be necessary to replace the balloon under field conditions. In the oil drain experiments was certified the feasibility of this process that must take into account the viscosity of the oil in question, because this property has great influence on the time required for drainage. In the evaluation of the rise of oil through a hose open to atmospheric pressure it was found that the oil can flow through the column at a certain height above the surface. From the simulations it was possible to reproduce the high fragmentation of the oil jet in a manner compatible with that observed in the experiments. Aspects difficult to see in the experiments were simulated and found that a large amount of water is drawn upward by the column of oil through the tube, which can cause a displacement of unnecessary water in oil capture processes. By observing the counter-receiving flows in the nozzle was possible to visualize the existence of a reverse flow of water coming out the balloon impairing the oil inlet in capture processes