Como a simulação impulsiona a inovação e reduz riscos na indústria de O&G
Impulsionada por regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas e pela busca incessante por otimização, a transformação digital no setor de energia já é uma realidade. Com o uso crescente de tecnologias como IoT, Inteligência Artificial, computação de alto desempenho e processamento em GPU, estima-se que o mercado atingiu US $ 72,2 bi em 2025, projetando crescimento para US $ 124,9 bi até 2030 (CAGR ~11,6 %).
Figura 1 – Transformação digital na Industria de Óleo e Gás. Fonte: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/global-digital-transformation-market
Na prática, isso significa a necessidade de:
- Monitoramento em tempo real de ativos
- Manutenção preditiva para evitar falhas
- Otimização de equipamentos para máxima performance
- Redução de emissões de metano e CO₂ para um futuro mais sustentável
É nesse cenário que a simulação Ansys se torna uma importante aliada, oferecendo ferramentas poderosas para enfrentar esses desafios.
Inovação submarina com a Petrobras e ESSS: Um case de sucesso
Um exemplo concreto da aplicação e impacto da simulação pode ser observado na colaboração entre a ESSS e a Petrobras para o desenvolvimento do Sistema de Separação Submarina Água-Óleo (SSAO). Este projeto, que resultou no reconhecimento da Petrobras com o Prêmio de Inovação Tecnológica ANP, demonstra o valor da simulação no avanço tecnológico da indústria de óleo e gás.
Por meio de simulações multifísicas avançadas, foi possível conduzir uma análise detalhada do escoamento de partículas sólidas, como areia e sedimentos, e identificar proativamente zonas críticas de acúmulo causadas pela recirculação de fluidos. A capacidade de prever tais fenômenos na fase de projeto permitiu a implementação de modificações otimizadas, assegurando a prevenção de problemas operacionais e a consequente elevação dos níveis de eficiência e segurança do sistema.
Figura 2 – Simulação de particulados em tubulação.
Captura de Carbono: Otimizando o Futuro com a Climeworks
A sustentabilidade é uma pauta urgente, e a Climeworks está na vanguarda da captura direta de carbono (DAC – Direct Air Capture). A empresa enfrentava o desafio crítico de remover o CO₂ já emitido na atmosfera para atender às metas de emissões zero. Esse processo exige o tratamento de grandes volumes de ar ambiente, o que representa um obstáculo significativo do ponto de vista tecnológico e consumo de energia e eficiência operacional. A eficiência da captura de carbono depende diretamente do desempenho dos filtros e da estrutura do sistema, tornando essencial o desenvolvimento de soluções que maximizem a captação de CO₂ ao mesmo tempo em que minimize consumo de energia.
A Climeworks recorreu às ferramentas de simulação Ansys para:
- Entender as perdas de pressão no sistema e o consumo energético do escoamento do ar
- Otimizar a retenção de CO₂ pelos filtros
- Avaliar diferentes geometrias estruturais para analisar tensões, deformações e fadiga de componentes, garantindo maior durabilidade e eficiência da planta
Como resultado, a Climeworks desenvolveu uma planta de captura de carbono com maior eficiência energética e desempenho de filtragem. Além disso, o uso desses testes virtuais permitiram acelerar o processo de desenvolvimento, o que possibilitou não só uma redução significativa de tempo e custos, mas também uma evolução mais ágil e robusta do projeto.
Figura 3 – Equipamento de Captura de Carbono simulado pela Climeworks.
A Visão da Shell: Prevenção e Otimização com Simulação
Kuochen Tsai, engenheiro da Shell Oil and Gas, destaca o papel indispensável da simulação na engenharia moderna. Com as ferramentas Ansys, ele pode rastrear partículas que podem causar erosão em tubulações. Isso possibilitou modificações pontuais nas tubulações e áreas críticas, evitando a necessidade de especificar excessivamente os materiais. “Ao saber exatamente onde reforçar, as empresas conseguem prolongar significativamente a vida útil das tubulações e economizar recursos, aplicando componentes robustos apenas onde são realmente necessários”, ressalta o engenheiro.
Essa perspectiva sublinha como a simulação Ansys não apenas aprimora a segurança operacional, mas também otimiza custos e tempo, transformando os testes virtuais em um pilar para a inovação na indústria de óleo e gás.
Figura 4 – Análise de erosão em válvulas choke.
Além do monitoramento de erosão, a Shell também utiliza a simulação para a mitigação de riscos em plataformas offshore. Estudos de dispersão de hidrocarbonetos pesados em plataformas ilustram a importância crítica da ventilação adequada. A simulação revelou que, sem ventilação, a dispersão de uma mistura gás-líquido pode criar vastas nuvens inflamáveis, comprometendo a integridade estrutural e a segurança da equipe.
Com a ventilação ativada, a concentração de gás é dispersa, evitando zonas inflamáveis e protegendo os trabalhadores. Este caso reforça como o uso de simulação contribui para decisões seguras e eficientes na indústria de óleo e gás.
Figura 5 – Vazamento de hidrocarbonetos pesados em plataforma offshore.
Monitoramento Preditivo e Otimização Energética com Ansys
A aplicação da tecnologia Ansys estende-se à criação de Gêmeos Digitais (Digital Twins), oferecendo monitoramento em tempo real e insights preditivos para sistemas complexos, como mostrado na figura 6 abaixo. Um exemplo prático é a implementação de um sensor digital baseado em gêmeos digitais para monitorar um sistema composto por bombas centrífugas, um recipiente separador e uma rede de tubulações.
Utilizando dados históricos e simulações numéricas, foi possível construir um modelo preditivo capaz de identificar fenômenos críticos como cavitação na bomba e vaporização no interior da tubulação — ambos eventos que, se não monitorados, podem comprometer a integridade do sistema e a eficiência operacional.
Figura 6 – Sensores digitais de cavitação na bomba e pressão na linha.
O painel à direita simula o comportamento dos sensores digitais desenvolvidos com Ansys, permitindo comparar a leitura medida em campo (linha azul) com a previsão do modelo (linha vermelha) para variáveis como vazão, altura manométrica da bomba e consumo de potência.
Além disso, indicadores visuais alertam sobre o risco de cavitação e formação de bolhas de vapor, o que pode ser usado para acionar ações corretivas antes de falhas ocorrerem.
Esse exemplo evidencia como o uso do Ansys para construir gêmeos digitais vai além da simulação estática, permitindo monitoramento contínuo, manutenção preditiva e otimização energética de ativos industriais críticos, especialmente no setor de óleo e gás.
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