Tese: Desenvolvimento e comparação de métodos de medição experimental da emissividade: aplicação a superfícies de estruturas de flare offshore
Aluno(a) : Pedro Carvalho de OliveiraOrientador(a): Sergio Braga e Florian Pradelle
Área de Concentração: Termociências
Data: 05/07/2021
Link para tese/dissertação: https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.54395
Resumo: Com o crescimento da extração de petróleo offshore nos últimos anos, em particular oriundo do pré-sal, faz-se necessário adequar as plataformas a estas novas necessidades, particularmente em relação ao flare. Para que este processo seja feito com segurança, demandam-se cada vez mais modelos precisos de determinação da troca de calor radiativa e tecnologias de bloqueio de radiação, tais quais os heat shields, para que os equipamentos da plataforma operem em condições de segurança adequada. O presente trabalho introduz duas técnicas de medição da emissividade da superfície de três materias: cobertura de Thermal Sprayed Aluminum (TSA), cobertura de otatemp1000 e uma superfície crua de aço naval. Foi efetuado um levantamento das etodologias de medição de emissividade e dos conceitos básicos dos processos de radiação e convecção natural, a partir disso foi determinada uma modelagem do problema a ser observado para as estimativas de calor e emissividade. O primeiro experimento consistiu na medição da emissividade com o auxílio de um termógrafo, nesse foi realizada a comparação de medição sobre uma placa plana e um tubo revestido para o TSA e o Jotatemp1000. No segundo experimento, realizou-se a medição da emissividade através da determinação das transferências de calor por convecção natural e radiação em um espaço anular em cilindros longos. As medições neste experimento foram realizadas para três diferentes pressões, para que se quantifique o efeito da convecção natural. No primeiro experimento, houve uma discrepância significativa entre os valores medidos nos tubos e nas placas, para o TSA obteve-se um valor médio de ε = 0, 414 ± 0, 030 para a medição na placa e ε = 0, 325 ± 0, 030 para a medição no tubo, no caso do Jotatemp ε = 0, 952 ± 0, 030 para a placa e ε = 0, 874 ± 0, 030 para o tubo. Notou-se também que em ambos os experimentos a emissividade de todos os materiais permaneceu praticamente constante para os valores acima de 100 oC, isto se deve ao fato de que abaixo desta temperatura a convecção natural compõe parte considerável do calor total transferido. Para o Jotatemp por exemplo, obteve-se os seguintes valores para a pressão de 1 atm (maior influência da convecção natural), ε = 0, 405 ± 0, 045 (T = 100oC), ε = 0, 445 ± 0, 046 (T = 120oC) e ε = 0, 465 ± 0, 046 (T = 142oC). Apesar disso, para o Jotatemp1000 e o aço naval, observou-se uma disparidade considerável nos valores de emissividade encontradas no primeiro experimento em comparação com o segundo. Constata-se que a medição de emissividade com termógrafo possui uma precisão maior, por ser uma medida direta, e dentre as metodologias utilizadas para a medição no espaço anular o mais confiável para pequenos intervalos de temperatura e a parametrização pela superfície dada pelo matlab. Ainda que os resultados apresentem tais discrepâncias, pode-se observar que o TSA obteve os menores valores de emissividade em todos os experimentos e, portanto, é o material mais indicado para aplicação em heat shields a fim de mitigar os efeitos de radiação na plataforma.