Impressoras tridimensionais trazem nova era de estudos

Por Sidney Coutinho – Fonte: www.ufrj

Em evento restrito a apenas oito pessoas e seguindo todos os protocolos de segurança contra a Covid-19, a reitora da UFRJ, Denise Carvalho, participará no dia 3/3, às 10 horas, da inauguração do Centro Integrado de Manufatura Aditiva (Cimad) do Núcleo Interdisciplinar de Dinâmica dos Fluidos (Nidf). Duas recém-adquiridas impressoras tridimensionais funcionarão no local e serão capazes de confeccionar, em polímeros e ligas metálicas especiais, objetos em escala real para o estudo de equipamentos utilizados na extração de óleo e gás. Além de o desenvolvimento de tecnologias na área ser uma conquista para o país, as impressoras poderão trazer vantagens a outras áreas de estudo da Universidade.

De acordo com Átila Freire, diretor do Nidf, ambas representam enormes vantagens para várias áreas do conhecimento, como Medicina, Desenho Industrial, Arquitetura, Belas-Artes, Física, Matemática e modalidades de Engenharia. A aquisição das impressoras e a construção de um local apropriado à alocação das máquinas onde serão realizados os estudos custaram em torno de R$ 10,6 milhões, financiados pela Petrobras. “A ideia primordial é atender as demandas dos nossos parceiros tecnológicos, com prioridade do financiador. Mas pretendemos conservar a interlocução aberta com todas as áreas do conhecimento com vistas à maximização dos benefícios obtidos”, afirmou ele, que fez questão de frisar que apenas quatro representantes da UFRJ e quatro da Petrobras estarão na inauguração.

As duas impressoras adquiridas são a Objet1000, da Stratasys, e a Studio System, da Desktop Metal, que possuem características importantes. A primeira tem volume de impressão de 1000x800x500 mm, possibilidade de utilização de 14 materiais diferentes e tecnologia de impressão por jatos múltiplos, o que dobra a velocidade de produção em relação a outros processos clássicos. A criação de peças transparentes possibilitará, por exemplo, enxergar o escoamento de fluidos no interior delas e verificar os pontos críticos de erosão. “A outra impressora permite a confecção de objetos com diferentes ligas metálicas e a realização de ensaios específicos em alta pressão em condições próximas às encontradas na indústria do petróleo”, explicou Freire.

Pesquisas evitarão desastres ambientais

Após a perfuração de um poço para acesso ao reservatório de óleo e gás, toda uma rede de conexões é estruturada até as unidades de produção de petróleo, em um processo denominado completação. Um reservatório pode ser explorado pelo período de cinco anos a um século, mas a média fica em torno de 20 anos. Ao longo desse tempo, as condições de escoamento de fluidos (no caso, óleo e gás) variam e há desgastes nos materiais que compõem os equipamentos instalados. Os estudos que serão desenvolvidos no Cimad visam criar, por exemplo, equipamentos específicos: as válvulas de completação inteligente, capazes de se adaptar a condições diversas e funcionando com alta eficiência.

Para Freire, realizar ensaios em laboratório, em escala real e condições controladas, é uma conquista. “Essas válvulas de completação inteligente custam milhões de reais, possuem geometria de difícil interpretação (de como efetivamente funcionam) e projeto totalmente opaco aos usuários. A possibilidade de fabricá-las, entender a dinâmica de seu funcionamento, com suas vantagens e limitações, oferece às operadoras uma capacidade de melhoria de projeto e barganha de conhecimento que hoje não existe. Essas válvulas são verdadeiras caixas-pretas, ficando as operadoras à mercê das informações fornecidas apenas pelos próprios fabricantes”, esclareceu o diretor no Nidf.

Do ponto de vista de Freire, os ensaios ajudam a identificar os pontos de fragilidade dos projetos originais, induzindo aperfeiçoamentos e mudanças que podem contribuir para um produto muito melhor. Outra grande vantagem nas pesquisas sobre a erosão é a prevenção de acidentes ambientais severos. “Danos provocados em equipamentos submersos podem dar origem a vazamentos sérios e descontrolados, difíceis de serem detectados e, acima de tudo, corrigidos. Um vazamento não adequadamente detectado pode provocar perdas e danos ao meio ambiente por anos a fio, sem que nenhuma providência seja tomada”, destacou.

Nidf quer ampliar parcerias industriais, acadêmicas e científicas com o Cimad

Com um corpo docente eclético, formado por pesquisadores do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia (Coppe), da Escola Politécnica e dos Institutos de Física e Matemática, o Nidf é uma unidade da UFRJ que atua em áreas diversas, que geram conhecimento tecnológico, incluindo o desenvolvimento de equipamentos que possibilitarão novos saberes. Com longa tradição na execução de projetos de interesse da indústria, o núcleo possui parceiros importantes, destacando-se a Petrobras, a Shell, a GALP e a Equinor.

Em condições muito próximas das reais, em tubulações com diâmetros grandes e vazões elevadas, nos laboratórios do Nidf são desenvolvidas pesquisas sobre temas atuais e desafiadores para a indústria de óleo e gás, principalmente em operações que envolvam condições extremas de alta pressão e temperatura, como, por exemplo, os fenômenos de incrustação inorgânica em equipamentos, de escoamentos de óleo com altos teores de CO2 em estado supercrítico, de erosão provocada pelo impacto de partículas sólidas e de separação de sistemas fluidos tetrafásicos.

Segundo Freire, o Nidf está dotado de um excelente parque de instrumentos, que permitem desenvolver simuladores físicos próprios e projetar equipamentos com finalidades específicas, pesquisando a complexidade de fenômenos. “As propriedades físicas e químicas dos fluidos e das superfícies que os envolvem também podem ser facilmente determinadas no Nidf através de reômetros, densímetros, microscópios eletrônicos, difratômetros de raio X, analisadores de partículas e outros instrumentos. Ao longo dos últimos 25 anos, o Nidf desenvolveu uma capacidade interna importante de conceber e fabricar seus simuladores físicos a partir de seus próprios recursos humanos e materiais”, informou o diretor do núcleo.

Com os investimentos nos últimos dois anos para a compra e instalação de impressoras 3D em resina e metálica, será possível aumentar a capacidade do Nidf de fabricar os próprios simuladores físicos, sejam eles em resina transparente ou colorida, sejam em metal. “Com as novas instalações, o Nidf espera dar um salto de qualidade nas atividades de fabricação voltadas para o abastecimento de suas necessidades internas, mas estamos certos de que novas oportunidades, geradas por novos interesses, aparecerão naturalmente. Aplicações em Medicina, Biologia, Desenho Industrial, Arquitetura, Belas-Artes, Física, Matemática e Engenharia poderão ser atendidas pelo complexo de fabricação que se inicia, com perspectivas muito positivas”, concluiu Freire.