Simulação numérica de separadores gravitacionais sob movimentação marítima: influência da modelagem fluidodinâmica e impacto da posição de quebra-ondas

Os separadores gravitacionais trifásicos desempenham papel fundamental na separação do petróleo, permitindo a separação inicial das fases aquosa, oleosa e gasosa. Esses equipamentos possuem dispositivos internos que visam contornar problemas operacionais e melhorar a eficiência da separação. Dentre esses, destaca-se o uso de quebra-ondas (ou antisloshingbaffles), responsáveis por atenuar a flutuação do nível de líquido e minimizar os efeitos turbulentos provocados pela movimentação das estruturas flutuantes em plataformas offshore. Neste trabalho, 12 diferentes configurações de quebra-ondas foram avaliadas, considerando o movimento de arfagem. Adicionalmente, testes de sensibilidade para parâmetros das simulações foram realizados, dentre eles: a definição das condições de contorno para a região de saída de água, o emprego de modelos de tensão superficial e valores de porosidade e permeabilidade para caracterizar o meio poroso representativo do escoamento no quebra-ondas. Para tanto, foram realizadas simulações em CFD com o software ANSYS CFX 20R1, considerando como referência uma geometria tridimensional e um modelo simplificado bidimensional, no qual todos os testes citados foram avaliados. Uma condição crítica com 80% em volume de água foi assumida, de modo a representar o comportamento considerando um poço maduro. Os resultados obtidos mostraram que as condições de contorno da saída de água afetam a região equivalente a saída de óleo, assim como se observou a formação de um fluxo reverso na saída de água ao se utilizar a pressão hidrostática inicial como condição de contorno, indicando a necessidade de implementar controles proporcionais de pressão para obter resultados mais assertivos. Analisando globalmente todos os ciclos simulados, verificou-se que, independentemente da posição, a presença do quebraondas diminuiu a eficiência de separação. Das configurações testadas, o separador com quebra-ondas na posição mais próxima à região de entrada foi a que menos comprometeu essa eficiência. Concluiu-se também que as posições dos quebra-ondas afetam relativamente pouco a sua capacidade de atenuar as flutuações do nível de líquido. Por outro lado, foi observado que um meio poroso que gera maior resistência à passagem dos fluidos reduziu em consideravelmente a amplitude das oscilações na altura da posição da interface líquido-gás