Candidato: Rafael Matos Goularte
Programa: Mestrado em Engenharia Mecânica
Data: Março de 2018
Orientador: Victor Juliano De Negri, UFSC
Coorientador: Alexandre Orth, Bosch Rexroth
Resumo: A operação de produção de petróleo está sendo realizada cada vez mais distante da costa e, consequentemente, em profundidades maiores. Tal fator demanda sistemas confiáveis, energeticamente eficientes e com custos atrativos. O objetivo deste trabalho é analisar, por meio de um modelo matemático, o desempenho dinâmico de um Atuador Eletro-Hidráulico Submarino, o qual possui uma Unidade de Potência Hidráulica integrada. Este sistema foi projetado para realizar abertura e fechamento de uma válvula gaveta instalada em uma Árvore de Natal Molhada, a qual deve ser capaz de operar a uma profundidade entre os 2.500 e 3.300 metros. O modelo do sistema hidráulico e os controladores são implementados no software de simulação Simster, que apresenta modelos matemáticos prontos dos componentes necessários para construção e controle de um sistema hidráulico. Em MATLAB Simulink é implementado um modelo para representar as forças que atuam na válvula gaveta: o efeito da pressão devido à coluna de água e a queda de pressão ao longo do duto de escoamento do fluido de produção. As duas simulações são executadas simultaneamente, de modo que o comportamento do sistema seja avaliado. Os parâmetros observados são: as pressões nas câmaras do cilindro hidráulico, o tempo de resposta para realização das funções da válvula gaveta, a capacidade de posicionamento do sistema de atuação e o consumo de energia do sistema. O atuador apresenta um baixo consumo de energia para abertura e fechamento da válvula gaveta, uma vez que utiliza um sistema hidráulico com bomba de velocidade variável. Além disso, esta solução permite uma curva suave de aceleração e desaceleração do atuador, pois evita picos de pressão dentro do circuito hidráulico. Os resultados mostram que o tempo para abrir ou fechar a válvula gaveta é inferior a 60 segundos, o que é uma condição segura para válvulas com diâmetro de 2 1/16″. As simulações também indicam que os momentos críticos para o atuador são: o início da abertura e o fim do fechamento da válvula gaveta. Isso se deve ao aumento da diferença de pressão através da válvula, o que resulta em uma grande força de arrasto na superfície superior da válvula. As conclusões sobre o desempenho do sistema, o consumo energético e os benefícios da arquitetura avaliada são apresentados neste documento.
Referência: GOULARTE, R. M. Análise de Desempenho Estático e Dinâmico de um Atuador Eletro-Hidráulico para Águas Profundas. 2018. 137 p. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Santa Catarina
