Metodologia de Projeto do Conjunto Rotor-Difusor de Bombas Multifásicas com Base em CFD e Técnicas de Otimização

Abstract

Este trabalho apresenta uma metodologia para o projeto hidrodinâmico do estágio, Rotor-Difusor, de uma bomba multifásica hélico-axial (BMHA) operando escoamento bifásico, água-ar. O procedimento de projeto foi realizado com base em metodologias convencionais de rotores axiais, através da aplicação de um método de abordagem combinada, que usa a teoria da asa da sustentação, a condição de vórtice livre, a equação de equilíbrio radial, conceitos de escoamento bifásico e o relatório técnico 824 NACA. Posteriormente, foram utilizadas técnicas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para determinar as principais características de desempenho da bomba numa ampla faixa de operação. Por último, é utilizado um procedimento de otimização com o objetivo de atingir a máxima eficiência possível, através da parametrização geométrica de algumas caraterísticas do difusor. Para isso foram empregadas diferentes ferramentas, que auxiliaram num processo mais abrangente, começando com FORTRAN, onde se programou o código do projeto hidrodinâmico, que gerou as coordenadas das geometrias do Rotor-Difusor, seguido do uso de diferentes programas do pacote ANSYS (BladeGen®, TurboGrid® e CFX15®) para às análises do escoamento, finalizando com a integração de FORTRAN (com o código para geração da superfície de resposta) e ferramentas de ModeFrontier® (onde se otimizou sobre a superfície de resposta usando Algoritmos Genéticos) para o procedimento de otimização. A integração de técnicas de CFD, a construção de superfícies de resposta e Algoritmos Genéticos mostrou-se como uma ferramenta apropriada para o projeto do estágio da BMHA, pois permitiu definir eficazmente alguns parâmetros geométricos, conseguindo melhorar o desempenho da bomba multifásica e reduzindo consideravelmente o custo computacional.