Dois artigos científicos publicados no *Journal of Fluids and Structures* que descrevem o trabalho recentemente divulgado
Este artigo foi publicado originalmente em 7 de setembro de 2022
Não há muitas empresas do setor de válvulas no mundo que tenham a honra de afirmar que publicaram artigos revisados por pares em revistas científicas.
No entanto, após um estudo colaborativo entre a indústria e a academia, a Master Flo agora pode afirmar que faz parte desse grupo.
O estudo, motivado por colapsos inexplicáveis do ajuste de estrangulamento em válvulas de controle que estavam em operação em aplicações offshore com alto vazão de gás, produziu algumas descobertas promissoras.
“Os resultados revelaram fenômenos de fluxo dos quais não tínhamos conhecimento anteriormente e representam um avanço no conhecimento nessa área e na ciência em geral”, afirma Frank Koeck, gerente geral da Master Flo USA, um dos autores do estudo.
Para Koeck, o problema investigado pelo estudo — e pelos alunos que o lideram — o tem deixado perplexo desde que o conheceu pela primeira vez.
“Eu observei isso no início da minha carreira, há 25 anos: falhas inexplicáveis de natureza semelhante, com geometria semelhante, válvulas de tamanho semelhante e taxas de vazão semelhantes”, observa Koeck. “Há 25 anos, a capacidade de analisar (o problema) era limitada. Só podíamos ir até certo ponto, fazer apenas medições empíricas e tentar adivinhar as causas a partir das medições efetivamente realizadas.”
Mas as coisas certamente evoluíram bastante nas últimas duas décadas e meia. Especialmente o poder de computação.
A análise realizada ao longo do estudo foi feita utilizando o cluster de supercomputação da Universidade de Houston. No caso de um dos artigos, que examinou o fluxo incompressível através de uma válvula estranguladora, cada simulação executada no cluster levou sete horas. Se a simulação fosse executada em uma CPU independente, teria levado 49 dias.
No segundo artigo, que trata de um estudo sobre o fluxo compressível através de uma válvula de estrangulamento, as simulações foram muito mais complexas.
Cada uma delas levou mais de 50 dias no cluster, o que equivale a 8.554 dias de tempo de CPU única.
Depois que a análise foi concluída, Koeck afirma que era hora de validar os resultados.
“Projetamos e construímos um modelo de acrílico em escala real e observamos o fluxo por meio da Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV)”, diz ele. “Isso consistiu em ‘semeiar’ o fluxo com partículas quase sem peso que permaneciam em suspensão enquanto fluíam. Um laser iluminava essas partículas à medida que elas fluíam pelo modelo, e uma câmera de alta velocidade capturava imagens a uma taxa de 400 quadros por segundo.”
O coautor do estudo, Trever Gabel, monta o modelo experimental de acrílico fornecido pela Master Flo.
Os vídeos obtidos com a câmera de alta velocidade forneceram a validação de que Koeck e a equipe de pesquisa precisavam para que seus artigos fossem publicados e para levar o conhecimento atual sobre o choke a um novo patamar.
À frente da equipe de pesquisa estava Harsa Mitra, aluno de mestrado em engenharia da Universidade de Houston, que passou a integrar a equipe da Master Flo enquanto concluía a redação de sua tese sobre o tema em questão. A orientá-lo ao longo do estudo estiveram dois pesquisadores principais: o Dr. Kamran Alba, especialista em dinâmica dos fluidos, e o Dr. Rodolfo Ostilla Mónico, especialista em análise numérica. O estudante de graduação Trevor Gabel, juntamente com o gerente de engenharia da Master Flo USA, Dan Williams, completaram a lista de autores.
O pesquisador-chefe Harsa Mitra, à esquerda, e o especialista em dinâmica dos fluidos, Dr. Kamran Alba.
“Estou muito satisfeito com o trabalho que eles realizaram e orgulhoso dos nossos alunos”, disse Koeck. “Nós fornecemos o financiamento, que não foi insignificante, projetamos os modelos de teste analíticos e físicos e ajudamos a editar os relatórios. Mas a análise numérica propriamente dita foi conduzida por Mitra e pelo restante da equipe. Foi uma generosidade da parte deles nos colocar (Dan e eu) como coautores neste trabalho.”
Curiosamente, o problema inexplicável — pelo menos no que se refere à falha no ajuste do estrangulador — já havia sido resolvido pela Williams e pela equipe de engenharia. Eles projetaram um ajuste multiportas e multimetal que, até o momento, não apresentou nenhuma falha subsequente nessa aplicação específica de gás offshore de alta vazão.
No entanto, investigar o motivo pelo qual isso aconteceu continuou sendo uma busca importante, tanto do ponto de vista científico quanto comercial.
“Não precisávamos fazer isso”, diz Koeck. “É uma oportunidade de criar algo melhor e maior, de aproveitar a situação que gerou essa oportunidade. Não precisávamos fazer a análise, mas podemos fazê-la, e ela será vista pelo nosso cliente como uma medida proativa que tomamos por iniciativa própria para demonstrar que somos especialistas no que fazemos.”
“Estamos na vanguarda da tecnologia em nossa área e compreendemos o que realmente acontece, não apenas a engenharia mecânica por trás disso — não se trata apenas de metal inanimado —, mas sim a compreensão da dinâmica dos fluxos em torno do produto que fabricamos.”
Então, será que um superchoke está por vir? Não necessariamente, diz Koeck, embora possa valer a pena explorar um projeto diferente de choke e, possivelmente, novos materiais para ele, quando se trata de aplicações de gás em alta vazão em alto mar.
“Essa é a nossa recomendação com base nessa investigação”, concluiu Koeck. “Certamente podemos deduzir, a partir desse estudo, o que se deve e o que não se deve fazer em termos de design.”