Teses e Dissertações
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Dissertação Simulações computacionais para avaliação da segurança de reatores químicos sob condições extremas(2025) Stelmasuk, Guilherme FernandezA segurança de processos é essencial para garantir a integridade operacional, proteger vidas e minimizar impactos ambientais, assegurando a eficiência e a confiabilidade nas operações industriais. Este projeto desenvolve uma simulação de fluidodinâmica computacional (CFD) utilizando o software Ansys para analisar o comportamento de um reator químico em condições extremas, como altas temperaturas e incêndios, e sugerir melhorias para a segurança da fábrica. O estudo foca na polimerização de um poliéster saturado carboxilado, utilizado na fabricação de tintas em pó. Foram desenvolvidas duas geometrias, bidimensional e tridimensional, e realizadas quatro simulações (duas para cada dimensão), variando parâmetros físicos e obtendo os tempos de simulação. A cinética da reação de poliesterificação foi modelada no MATLAB, com otimizações para determinar parâmetros desconhecidos e ajustar o modelo aos dados experimentais por meio do método dos mínimos quadrados. As simulações CFD indicaram que o tempo necessário para uma simulação completa da reação química seria inviável. No entanto, o modelo cinético desenvolvido ajustou-se satisfatoriamente à tendência de avanço da polimerização ao longo do tempo. Um termo que contabiliza a variação de pressão no reator foi desenvolvido e incluído no modelo cinético, prevendo situações extremas de processo, como incêndios. Simultaneamente, foram dimensionados dois dispositivos de segurança, uma válvula de alívio e um disco de ruptura, que atendem ao processo estudado. Por fim, o modelo cinético foi combinado com o termo de pressão e os dispositivos de segurança dimensionados, estudando o perfil de segurança com o alívio dos gases do interior do reator. Constatou-se que, com os dispositivos de segurança instalados, a pressão tende a se manter dentro do limite máximo para operação do reator (3,16 bar), evitando danos estruturais ou fatalidades decorrentes do aumento descontrolado de pressão, em que a válvula de alívio chegou a pressão máxima de 2,80 bar e o disco em 3,00 bar