Modelagem em fluidodinâmica computacional da dispersão de gases em um ambiente confinado

Abstract

O uso e o armazenamento de substâncias químicas trazem consigo riscos à segurança, tanto em ambientes abertos quanto confinados. No caso de gases, a previsão da dinâmica de possíveis vazamentos é fundamental para o planejamento de segurança e de tomada de decisão. Para este fim, a fluidodinâmica computacional (CFD) tem sido frequentemente implementada, devido às suas vantagens sobre outros modelos preditivos, como os Gaussianos e os integrais. Este trabalho considera um ambiente real de laboratório, com uma circulação de ar notadamente restrita, e um único exaustor. O sistema de ventilação é analisado em relação à sua capacidade de remover contaminantes gasosos do ambiente, em casos hipotéticos de vazamento. Configurações alternativas de ventilação são propostas, e os escoamentos de gás são simulados por meio de modelagem em CFD, com casos em regime permanente e em regime transiente. As simulações foram executadas com o código ANSYS CFX, para diferentes gases e vazões dos pontos de exaustão propostos para o ambiente. O Método dos Volumes Finitos foi utilizado para discretizar os domínios computacionais, com malhas tetraédricas. Os escoamentos apresentaram número de Reynolds na ordem de 105, e o modelo de turbulência k- 𝜀 padrão foi utilizado. Entre aumentar a vazão em um exaustor e utilizar mais exaustores, os resultados mostram que a união dessas duas abordagens é mais efetiva, na remoção de contaminantes, do que se adotadas individualmente. Nos casos em regime permanente, as regiões de maior concentração de gás foram reduzidas, e nos casos transientes, os tempos de remoção de contaminante dos domínios diminuíram em 50%, aproximadamente, quando comparados à configuração original do laboratório. De modo geral, a adição de dois exaustores no local, um próximo ao nível do teto e outro próximo ao do chão, apresentou os melhores resultados de desempenho da ventilação para os casos de escoamento propostos