O Prof. Ricardo de Andrade Medronho começou a trabalhar com CFD em sua estadia como pesquisador visitante no Centro Alemão de Biotecnologia (GBF - Gesellschaft für Biotechnologische Forschung), entre 1998 e 2000. Ao retornar ao Brasil, em 2001, conseguiu uma pequena sala na Escola de Química/UFRJ e ali surgiu o primeiro Lab CFD. As duas primeiras alunas do Lab foram Alana Leahy-Dios (atualmente, Supervisora de Engenharia de Reservatórios da ExxonMobil Upstream Oil and Gas, USA) e Sarita Queiroz Simões (atualmente, Gerente de Treinamento e Competência em Grupo da TWMA, UK), que fizeram seu trabalho de final de curso em CFD. A partir de então, o Lab CFD começou a ter mais e mais alunos, mudou-se para um espaço maior no LADEQ (prédio dos Laboratórios do Departamento de Engenharia Química) e, daí, ampliou uma vez mais seu espaço ao mudar-se de novo para o NBPD (Núcleo de Biocombustíveis, de Petróleo e de seus Derivados) da Escola de Química/UFRJ, onde se mantem até hoje. Assim como o laboratório cresceu em tamanho, sua equipe, restrita inicialmente apenas ao Prof. Medronho, conta hoje com as Profas. Tania Suaiden Klein e Karina Moita de Almeida e com os Profs. Luiz Fernando Lopes Rodrigues Silva e Fabio Pereira dos Santos.
A Fluidodinâmica Computacional (CFD) é um campo de estudos de grande importância não só em todas as áreas da engenharia (Aeronáutica, Agrícola, de Alimentos, Ambiental, Biomédica, Civil, de Controle e Automação, de Minas, Elétrica, Eletrônica, de Materiais, Mecânica, Mecatrônica, Metalúrgica, Naval, Química, de Petróleo e Gás, etc.), como também na arquitetura (conforto ambiental, ventilação natural por ação de ventos em espaços abertos ou confinados, etc.), na meteorologia (previsão do tempo, etc.), etc. Através de CFD é possível obter-se
soluções numéricas, por métodos computacionais, das equações de conservação do
momento e da massa (equações do movimento e da continuidade, respectivamente).
Dependendo do problema em análise, estas equações podem estar eventualmente
acopladas a outras equações de conservação, tais como as equações da energia e
de concentração de dada espécie química.
CFD permite o estudo de escoamentos que não podem ser facilmente
medidos ou simulados experimentalmente, tais como o escoamento no interior de
ciclones e hidrociclones, o vazamento de gases tóxicos ou inflamáveis em
ambientes confinados ou abertos, a combustão, os escoamentos em reservatórios
de petróleo, em risers, em biorreatores e ao redor de carros, aviões ou
foguetes, a previsão do tempo, etc.
Desta forma, CFD é, nos dias atuais, uma ferramenta indispensável
ao pesquisador e ao engenheiro. O uso de CFD permite uma drástica redução no
tempo necessário e no custo envolvido tanto no projeto quanto na previsão de
desempenho de equipamentos. Além disso, o entendimento da fluidodinâmica no
interior dos equipamentos permite uma perfeita compreensão dos fenômenos
envolvidos, possibilitando a intervenção do pesquisador/engenheiro nas
variáveis operacionais ou de projeto de forma a melhorar o desempenho destes
equipamentos.
O Laboratório de Fluidodinâmica Computacional - LabCFD - foi criado em 2001 e tem por objetivo permitir que os alunos da Escola de Química/UFRJ possam desenvolver seus trabalhos de doutorado, mestrado, iniciação científica e trabalho de conclusão de curso (TCC) em CFD.
O LabCFD se localiza no Núcleo de Biocombustíveis, de Petróleo e de seus Derivados (NBPD-LADEQ II), situado na Rua Moniz de Aragão, s/n, Bloco K, 2º andar, Centro de Tecnologia, Ilha do Fundão, CEP 21941-972, Rio de Janeiro – RJ. A infraestrutura do LabCFD inclui:
Professor Associado
E-mail: lflopes@eq.ufrj.br
Pesquisador
E-mail: rodrigo.petrone@eq.ufrj.br
Início: 2020.
Tese: Análise Experimental de Separadores Supersônicos.
E-mail: pablosilva@eq.ufrj.br
Início: 2019.
Tese: Modelagem e Simulação do Fenômeno de Quebra na Separação Líquido-Líquido em Hidrociclones: Uma Abordagem CFD.
E-mail: joaopedro@ufrj.br
Início: 2018.
Tese: Avaliação de Abordagens para a Modelagem Fluidodinâmica de Escoamentos Bifásicos Anulares na Produção de Petróleo.
E-mail: nathacsa@gmail.com
Início: 2024.
Tese: Otimização do processo de descarga de graneis líquidos no Porto do Itaqui
E-mail: fernandahellen@eq.ufrj.br
Início: 2017.
Tese: Modelagem e Simulação de um Hidrociclone na Separação de Óleo e Areia Dispersos em Água.
E-mail: jmessiasrjr@eq.ufrj.br
Início: 2021.
Tese: Simulação numérica em ciclones e hidrociclones usando diferentes modelos de turbulência híbridos LES-RANS e abordagem lagrangeana para a fase dispersa.
E-mail: sarahsimoes@eq.ufrj.br
Início: 2023
Dissertação: Avaliação de escalabilidade de protótipos de membranas utilizando Fluidodinâmica Computacional
E-mail: nathanof@eq.ufrj.br
Início: 2023
Dissertação: Estudo do Perfil de Temperatura em Reatores Catalíticos de Leito Fixo e Leito Fluidizado através de CFD com Meio Poroso e Fluido Granular.
E-mail: leticiafpereira@eq.ufrj.br
Início: 2023
Dissertação: Análise de Termo Fonte de Massa em Módulos de Membranas de Fibra Oca.
E-mail: be.greg@eq.ufrj.br
Início: 2024
Dissertação: Indefinido.
E-mail: luizamelhem@eq.ufrj.br
CFD - Fluidodinâmica Computacional Aplicada à Engenharia Química para o Projeto de Equipamentos
Uso de CFD para o estudo de escoamentos complexos e para o desenvolvimento e a avaliação de desempenho de equipamentos. Alguns exemplos são:
CFD - Fluidodinâmica Computacional Aplicada às Engenharias Ambiental e de Segurança
Uso de CFD para o estudo dos seguintes cenários:
CFD - Fluidodinâmica Computacional Aplicada à Produção e Processamento de Petróleo
Uso de CFD para o estudo de:
CFD - Fluidodinâmica Computacional Aplicada à Medicina
Uso de CFD para o estudo do escoamento de sangue em artérias e em aneurismas sem e com a colocação de stents.
Métodos Numéricos
Desenvolvimento de códigos, métodos numéricos e computação paralela de alto desempenho.
Estudo e Desenvolvimento de Modelos Aplicados a Diferentes Físicas Relacionadas ao Escoamento dos Fluidos
Estudo e/ou desenvolvimento de modelos associados às seguintes áreas:
2024 - Atual
Avaliação de Tecnologias Disruptivas para Purificação de Gás Natural com Diversos Teores de Umidade e C02: Separação Supersônica e Separação por Adsorção
Objetivo: O objetivo geral do projeto é o desenvolvimento de protocolos para garantir o desempenho das unidades de desidratação de gás natural, bem como o desenvolvimento e caracterização fenomenológica e experimental de um separador supersônico para remoção de C02 de gás natural. Os protocolos a serem desenvolvidos visam avaliar adsorventes e condições de operação para remoção de umidade de correntes de gás natural do pré-sal contendo altos teores de C02; calibrar e certificar medidores de umidade para baixos teores de água (abaixo de 10 ppm) e; avaliar adsorventes para a remoção de C02 tolerantes à umidade (matrizes amorfas porosas, PAFs) por simulação molecular. Para projeto do separador supersônico, pretende-se aprimorar a modelagem matemática do problema e implementá-la em códigos de fluidodinâmica computacional (CFD), bem como realizar experimentos em protótipos em escala piloto para geração de dados escassos na literatura e validação das simulações numéricas e modelagem matemática.
Financiador(es): Financiadora de Estudos e Projetos - Finep.
2023 - Atual
Avaliação de Escalabilidade de Protótipos de Membranas Utilizando Fluidodinâmica Computacional
Objetivo: Desde o início de sua exploração, em 2006, o pré-sal é a maior fonte de exploração de produção de hidrocarbonetos no Brasil. Neste sentido, estudos indicam que a bacia de Santos possui a maior reserva do petróleo e gás produzido em todo país. Contudo, os reservatórios contém um alto teor de C02 na produção, o que compromete a qualidade e lucro final. Portanto, muito investimento foi realizado em tecnologias de separação ao longo dos últimos anos, em especial, processos usando membranas. Este trabalho aborda a avaliação do aumento de escala para separação de C02 e gás natural usando módulos de membrana de fibra oca. A análise deve ser realizada por simulações numéricas da fludodinâmica no equipamento. Neste sentido, a fluidodinâmica deve contemplar a modelagem de gás real, o efeito do transporte de massa através das membranas, de acordo com a necessidade das faixas de operação adotadas, e o acoplamento entre as regiões de alta e baixa pressão. Por fim, a avaliação deve avaliar a performance do equipamento em escala protótipo (2'' de diâmetro) e comercial (8'' e 12'' de diâmetro).
Financiador(es): Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello.
2018 - 2023
Simulação e Desenvolvimento de Algoritmos para Aplicações CFD Usando OpenFOAM na Indústria de Óleo e Gás
Objetivo: O objetivo geral do projeto é avaliar, desenvolver e aprimorar uma ferramenta computacional de código livre para simulação fluidodinâmica (CFD) em diferentes problemas recorrentes na indústria de óleo e gás. Neste âmbito, a capacidade do pacote CFD OpenFOAM será avaliada em termos de representar nativamente situações típicas da indústria e sua facilidade de extensão de código para ampliar a gama de aplicações de interesse específico. Desta forma, serão implementaçdos modelos e métodos numéricos necessários para representar a física do problema incorporando novas funcionalidades, comparando os resultados obtidos com os obtidos em pacotes comerciais de CFD.
Financiador(es): Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello.
2018 - 2022
Desenvolvimento de Solução em CFD para Acidificação Multicomponente para Ácidos com Reologia Complexa
Objetivo: Este projeto de pesquisa tem como objetivo desenvolver um software para simulação do processo de acidificação em escala de laboratório e de poço considerando um modelo contínuo de escoamento em meios porosos heterogêneos e uma modelagem sofisticada para predição da reação e da reologia dos fluidos. O desenvolvimento do software proposto exige métodos numéricos muito robustos e eficientes. Muitas questões ainda são objeto de pesquisa, para citar algumas: escoamentos multicomponentes newtonianos generalizados ou viscoelásticos em regiões porosas, reação multicomponente afetando a reologia do escoamento.
Financiador(es): Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello.
2016 - 2021
Desenvolvimento de Tecnologia de Separação de C02 do Gás Natural Baseado em Velocidades Supersônicas
Objetivo: O objetivo principal deste projeto é desenvolver, com o auxílio da fluidodinâmica computacional (CFD), separadores supersônicos, incluindo a geometria de seus internos, para a separação de CO2 do gás natural, provenientes principalmente dos campos do pré-sal, onde altas concentrações de dióxido de carbono podem ser encontradas.
Financiador(es): Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello.
2014 - 2016
Investigação da Influência das Interações entre Fases e de Modelos de Turbulência em Processos Multifásicos
Objetivo: Desenvolvimento de uma metodologia de modelagem aplicada a fluidodinâmica computacional (CFD) para melhorar a predição de processos multifásicos através da investigação de modelos de forças de interação entre fases, como força de arraste, de sustentação, de rotação, de massa virtual e de dispersão turbulenta, e avaliação de efeitos na turbulência dos fluidos por indução de bolhas, relacionando os resultados com diferentes modelos de turbulência para a fase contínua. Para isso, serão contemplados os casos de colunas de borbulhamento e escoamentos bifásicos água-óleo.
Financiador(es): FAPERJ.
2009 - 2014
Projeto de Hidrociclone para a Separação do Óleo Residual de Água em Refinarias
Objetivo: Otimizar, com o auxílio de CFD, as proporções geométricas de um hidrociclone com vistas a maximizar a eficiência de separação água/óleo de águas oleosas de refinaria. Construir o hidrociclone otimizado e testá-lo experimentalmente.
Financiador(es): Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello.
2006 - 2009
Desenvolvimento de Ciclones para Remoção de Sólidos em Fluxo Multifásico
Objetivo: Projetar, montar e testar experimentalmente o modelo do ciclone desarenador instalado em plataforma offshore da Petrobrás, assim como projetar e testar, em escala, um novo sistema para a separação gás/óleo/areia, empregando ciclones e hidrociclones.
Financiador(es): Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello.
2006 - 2006
Aplicação de Fluidodinâmica Computacional ao Projeto e Previsão de Desempenho de Equipamentos Empregados na Produção de Biofármacos
Objetivo: Fluidodinâmica computacional (CFD) é uma poderosa ferramenta para a simulação numérica de escoamentos, associados ou não a fenômenos de transferência de calor e massa e a reações químicas. Neste projeto, CFD será empregada como ferramenta para o projeto e previsão de desempenho de dois equipamentos, um filtro de malha rotatória (spin-filter) e um módulo de membranas (fibras ocas), com a finalidade de empregá-los em processos de cultivo de células animais operando em perfusão.
Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico.
2003 - 2006
Desenvolvimento de um Processo de Perfuração com duplo Gradiente Utilizando Esferas Ocas de Baixa Densidade Relativa
Objetivo: Fluidodinâmica computacional (CFD) é uma poderosa ferramenta para a simulação numérica de escoamentos, associados ou não a fenômenos de transferência de calor e massa e a reações químicas. Neste projeto, CFD será empregada como ferramenta para o projeto e previsão de desempenho de dois equipamentos, um filtro de malha rotatória (spin-filter) e um módulo de membranas (fibras ocas), com a finalidade de empregá-los em processos de cultivo de células animais operando em perfusão.
Financiador(es): Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguêz de Mello.
2003 - 2003
Tratamento de Águas de Lastro Com Hidrociclones
Objetivo: Otimização das proporções geométricas, utilizando fluidodinâmica computacional (CFD), de um hidrociclone a ser utilizado no tratamento primário de águas de lastro de navios, com o objetivo de maximizar a retirada de espécies marinhas e outros materiais particulados (areia, lodo, etc.) em suspensão.
Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico.
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Marcus Vinicius Salles Falcão. Análise de Vazamento de Óleo e Gás em Águas Marítimas: um Estudo com Fluidodinâmica Computacional. 2016. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Agência Nacional do Petróleo. Orientador: Ricardo de Andrade Medronho. Coorientador: Tânia Suaiden Klein.
Rodrigo Petrone dos Anjos. Avaliação da performance de modelos de turbulência em hidrociclones. 2016. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. Orientador: Tânia Suaiden Klein. Coorientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Leonardo Leite Garcia de Souza. Fluidodinâmica do escoamento ar/água em um dispositivo de contato tipo bandeja perfurada. 2015. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho. Coorientador: Tânia Suaiden Klein.
Cristina Santos de Almeida. Estudo de Estratégias de controle para Sistemas Compactos offshore de Processamento Primário de Petróleo. 2014. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Julliana de Oliveira Guimarães. Simulação numérica de viscous fingering em escoamentos em meios porosos utilizando o OpenFOAM. 2014. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPETEC / Projeto ANP. Orientador: Luiz Fernando Lopes Rodrigues Silva.
VIVIAN CORDEIRO BRAVO SANTOS. AVALIAÇÃO DO PROCESSAMENTO DE PETRÓLEO COM SEPARADORES CICLÔNICOS SUBMARINOS E MEMBRANAS PARA CONDICIONAMENTO DE GÁS NATURAL EM INSTALAÇÕES OFFSHORE. 2014. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Coorientador: Tânia Suaiden Klein.
Aldir Pimentel da Costa. Adoçamento de Gás Natural Utilizando Ultracentrífugas: um Estudo Empregando Fluidodinâmica Computacional. 2013. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Aline Troyack Faisca. A Influência da Geometria de Saída na Erosão em Risers de FCC: um Estudo com CFD. 2013. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Vanessa Panasco da Silva. Avaliação da dispersão de gases de combustão emitidos por sistemas de tocha de refinarias de petróleo. 2013. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Luiz Fernando Lopes Rodrigues Silva.
Thainá Menezes de Melo. Implementação de modelos de transporte de massa multicomponente no OpenFOAM. 2013. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. Orientador: Luiz Fernando Lopes Rodrigues Silva.
Eduardo Guedes Gomes. Dispersão de Gases Tóxicos. 2012. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Juliana Teixeira do Nascimento. Avaliação técnico-econômica de centrífugas a gás para remoção de CO2 em poços do pré-sal. 2012. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Fábio Vieira de Queiroz. Simulação numérica de hidrociclones para a separação de misturas de alto teor de água em óleo como fase contínua. 2012. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
João Vitor Barbosa Alves. Hidrociclones para a Separação do Óleo Residual de Águas em Refinarias. 2012. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Luiz Carlos Tosta da Silva. Simulação Numérica de Poço Alojador de Bombeio. 2010. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Érica Alessandra Schulze. Produção de vírus adeno-associados por transfecção de células hek293 cultivadas em suspensão. 2009. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Tecnologia em Imunobiológicos. Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Andréa Gonçalves Bueno de Freitas. Modelagem e simulação do tratamento de água oleosa usando hidrociclones. 2009. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Sergipe, . Coorientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Andre Brennner Fleck. Dispersão de Gases Inflamáveis em Plataformas Offshore: Localização dos Detectores. 2008. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Marcelo da Costa Amaral. Uso de Hidrociclones na Separação de Partículas de Baixa Densidade no Processo de Perfuração com Duplo Gradiente. 2008. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Frederico Carvalho de Almeida Rego. Estudo de Hidrociclone Cilíndrico de uma Unidade de Flotação Centrífuga com o auxílio de Fluidodinâmica Computacional. 2008. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Brenno Castrillon Menezes. Fuidodinâmica e Erosão no Sistema de Válvulas Main Bypass do Turboexpansor de FCC. 2008. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Aline Teixeira de Carvalho. Otimização de Ciclone para a Pré-separação de Areia na Produção de Petróleo. 2008. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Orientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Diego Alvim Gomez. Análise do escoamento compressível de gás natural em espaços anulares com restrições para a elevação de petróleo. 2008. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Coorientador: Ricardo de Andrade Medronho.
Emílio de Souza Neto. Hidrociclones na Separação de Esferas Ocas na Perfuração com Duplo Gradiente de Poços de Petróleo. 2007. 0 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia dos Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior. Orientador: Ricardo de Andrade Medronho..
Tania Suaiden Klein. Aplicação à Fuidodinâmica Computacional de um novo modelo de turbulência. 2007. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, . Coorientador: Ricardo de Andrade Medronho.
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