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Title: Desenvolvimento e aperfeiçoamento de modelos matemáticos na previsão de liberações bifásicas em atmosferas explosivas.
???metadata.dc.creator???: ANJOS, Deborah Almeida dos.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: ARAÚJO, Antônio Carlos Brandão de.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: ALVES, José Jailson Nicácio.
???metadata.dc.contributor.referee1???: SILVA JÚNIOR, Heleno Bispo da.
???metadata.dc.contributor.referee2???: OLIVEIRA, Talles Caio Linhares de.
???metadata.dc.contributor.referee3???: PEREIRA NETO, Antonio Tavernard.
???metadata.dc.contributor.referee4???: SILVA, Sidinei Kleber da.
???metadata.dc.contributor.referee5???: SOUZA, Andrey Oliveira de.
Keywords: Materiais inflamáveis;Classificação de áreas;Liberação bifásica;Atmosfera explosiva;Gás liquefeito;Flammable materials;Area classification;Two-phase release;Explosive atmosphere;Liquefied gas
Issue Date: 26-Nov-2021
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: ANJOS, Deborah Almeida dos. Desenvolvimento e aperfeiçoamento de modelos matemáticos na previsão de liberações bifásicas em atmosferas explosivas. 173 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2021.
???metadata.dc.description.resumo???: As liberações contínuas de produtos químicos inflamáveis podem resultar na formação de atmosferas explosivas em plantas de processo, podendo ocasionar incidentes de elevadas proporções. O cálculo da extensão dessas áreas de risco é, portanto, de suma importância. Para essa finalidade, atualmente, muitas organizações fazem uso das prescrições normativas existentes, as quais empregam o uso de figuras padronizadas ou pré-definidas como método para classificação de áreas. Porém, diversos autores defendem que essa estratégia possui inúmeras incertezas podendo gerar erros e incorrendo em situações de risco. Nesse sentido, esse trabalho apresenta uma alternativa mais confiável aos modelos prescritivos. Visto que muitos acidentes envolvem liberações bifásicas de inflamáveis ou tóxicos para a atmosfera, uma metodologia sistemática, baseada em estudos anteriores, é proposta para mapear as áreas explosivas geradas nesse contexto. O método inclui o uso de modelos analíticos de origem para estimativa da quantidade de produto liberado e do comportamento do jato após a expansão. Balanços de massa, momento e energia foram utilizados para prever a dispersão do jato e das gotículas nele presentes. Os efeitos da fase vapor do componente e da interação entre gotículas e gás (ar + vapor), são contabilizados. Uma nova razão de normalização para a temperatura na linha central, baseada em conceitos pré-existentes, foi elaborada para aplicação na região bifásica. Para evitar descontinuidades nos perfis de velocidade, concentração e temperatura calculados na linha central, desenvolveu-se uma alternativa para determinação das constantes de decaimento. Utilizou-se o software Matlab® como ferramenta de simulação para análise da metodologia, validando-a com dados experimentais disponíveis na literatura para líquidos armazenados sob condição de saturação e sub-resfriamento. Os resultados mostraram que o grau de sub-resfriamento influencia na quantidade de ar arrastado para dentro da nuvem de gás. Além disso, verificou-se que quanto maior for esse grau, maior será a distância necessária para a completa evaporação das gotas. Uma correlação para o cálculo do coeficiente de arraste em situações que envolvem liberações com alto grau de sub-resfriamento, é proposta. Os perfis de temperatura obtidos apresentaram uma boa concordância aos pontos experimentais se mostrando melhores que as previsões obtidas por outros autores. Os demais resultados apresentaram o comportamento esperado para cada variável do processo. Finalmente, verificou-se a aplicabilidade do modelo a situações considerando outras substâncias inflamáveis e diferentes ângulos de inclinação.
Abstract: Continuous releases of flammable chemicals can result in the formation of explosive atmospheres in process plants, which can lead to incidents of high proportions. Calculating the extent of these risk areas is therefore of paramount importance. For this purpose, currently, many organizations make use of the existing normative prescriptions, which employ the use of standardized or pre-defined figures as a method for classifying areas. However, several authors argue that this strategy has numerous uncertainties that can generate errors and incurring in risky situations. In this sense, this work presents a more reliable alternative to prescriptive models. Since many accidents involve two-phase releases of flammables or toxics into the atmosphere, a systematic methodology, based on previous studies, is proposed to map the explosive areas generated in this context. The method includes the use of analytical source models to estimate the amount of product released and the behavior of the jet after expansion. Mass, momentum and energy balances were used to predict the dispersion of the jet and the droplets present in it. The effects of the component's vapor phase and the interaction between droplets and gas (air + vapor) are accounted. A new normalization ratio for the centerline temperature, based on pre-existing concepts, was developed for application in the two-phase region. To avoid discontinuities in the velocity, concentration and temperature profiles calculated on the centerline, an alternative was developed for determining the decay constants. The Matlab® software was used as a simulation tool to analyze the methodology, validating it with experimental data available in the literature for liquids stored under saturation and subcooling conditions. The results showed that the degree of subcooling influences the amount of air drawn into the gas cloud. Furthermore, it was found that the greater this degree, the greater the distance required for the complete evaporation of the drops. A correlation for the calculation of the drag coefficient in hypotheses involving releases with a high degree of subcooling is proposed. The temperature profiles obtained showed a good agreement with the experimental points, being better than the predictions obtained by other authors. The other results showed the expected behavior for each process variable. Finally, the applicability of the model to situations considering other flammable substances and different inclination angles was verified.
Keywords: Materiais inflamáveis
Classificação de áreas
Liberação bifásica
Atmosfera explosiva
Gás liquefeito
Flammable materials
Area classification
Two-phase release
Explosive atmosphere
Liquefied gas
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/22935
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química.

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