Estudo do escoamento atmosférico em microescala no Centro de Lançamento de Alcântara por meio de simulações numéricas

Nome: Karine Klippel
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 02/03/2020
Orientador:

Nomeordem decrescente Papel
Elisa Valentim Goulart Orientador

Banca:

Nomeordem decrescente Papel
Bruno Furieri Examinador Interno
Cayo Prado Fernandes Francisco Examinador Externo
Elisa Valentim Goulart Orientador
Gilberto Fernando Fisch Coorientador
Ramon Silva Martins Examinador Externo

Resumo: O Centro de Lançamento de Alcântara (CLA) é a principal base de lançamento de foguetes
do Brasil. O local de preparação e lançamento dos veículos espaciais (SPL) está posicionado
a 150 metros da costa, sobre uma falésia irregular de aproximadamente 40 metros de altura.
O escoamento atmosférico no SPL é influenciado pela falésia, pela variação de rugosidade
(oceano - continente) e pelos prédios como a torre móvel de integração (TMI) e a torre de
escape, o que pode afetar a segurança das operações na plataforma e a dispersão de gases
tóxicos emitidos durante os lançamentos. Gases tóxicos, como o cloreto de hidrogênio (HCl),
constituem-se um importante impacto do lançamento do veículo lançador de satélites no CLA.
O vento é um dos principais fatores que influenciam a dispersão atmosférica, determinando a
eficiência do transporte dos contaminantes. Portanto, a compreensão do padrão do escoamento
ao redor dos prédios do SPL e o entendimento de suas modificações devido à topografia da
região são importantes para estabelecer as condições nas quais o CLA está exposto e fornecer
o embasamento necessário para estudos de dispersão de poluentes. Nesse contexto, o objetivo
deste trabalho foi estudar o escoamento atmosférico no CLA em microescala, por meio de
simulações numéricas, incluindo o detalhamento da topografia e das condições meteorológicas
da região. Para isso, foram consideradas três diferentes configurações: terreno simplificado (caso
1), terreno complexo com superfície lisa (caso 2) e terreno complexo com rugosidade superficial
característica (caso 3). O vento incidente foi obtido a partir de dados de reanálise, considerando
condição de neutralidade atmosférica. Para o caso 3 também foram avaliadas diferentes direções
do vento incidente: 70, 45 e 90o
. O modelo numérico utilizado foi o κ − ε realizável, baseado
nas equações médias de Navier Stokes (RANS). As soluções das equações foram obtidas pelo
software ANSYS FLUENT 19.0, utilizando o método dos volumes finitos. Os resultados das
simulações numéricas apresentaram boa concordância com as medições em campo para o caso
com geometria mais complexa (caso 3). A topografia e a direção do vento incidente influenciaram
o padrão de escoamento no SPL. A falésia foi um dos principais elementos responsáveis pela
modificação do escoamento, especialmente para o caso 1, onde foi representada como um
degrau de 90o
. As regiões com maior turbulência ao longo do domínio foram acentuadas ou
atenuadas de acordo com a direção do vento incidente. Para as direções de 70 e 45o
, o local de
lançamento dos foguetes foi afetado principalmente pela esteira turbulenta da torre de escape.
Para a direção do vento de 90o
, a esteira da TMI gerou maior interferência no local. Também
foi realizada uma simulação numérica da dispersão de HCL considerando um caso hipotético
de lançamento abortado, com taxa de emissão de 29,4 kg/s durante 5 minutos. Os resultados
apontaram concentrações de HCl perigosas para curta exposição, principalmente próximo à
fonte. A pluma do poluente foi transportada pelo vento e levou cerca de 10 minutos para sair do
domínio.

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