O processo de separação da água em emulsões de petróleo é feita durante o processamento primário do petróleo e consiste na coalescência de gotas de água. Para minimizar o uso de desemulsificantes e acelerar o processo de separação da emulsão alguns equipamentos podem ser utilizados como os separadores acústicos. Neste trabalho a técnica de força de radiação produzida por ondas estacionárias de ultrassom é aplicada na segregação das fases líquidas de emulsões água em óleo. São desenvolvidas células de ultrassom que operam em frequências próximas de 1 MHz através de ressonadores piezelétricos visando a aplicação na coalescência de gotas de água em emulsões do tipo água-óleo. O trabalho envolve simulações do campo acústico através de modelos analíticos unidimensionais e bidimensionais e de um modelo numérico bidimensional pelo método dos elementos finitos para o estado plano de deformações. São realizadas verificações experimentais em protótipos de células de alta potência para separação em batelada através da comparação do potencial de radiação acústica e da impedância elétrica com resultados de modelos computacionais. Diversos ensaios de quebra de emulsões sintetizadas de petróleo são realizados utilizando um aparato experimental de laboratório aplicando potências de até 600 W=l. Um sistema de controle de frequência de operação é implementado para manter máxima transmissão de potência elétrica para a célula. Os resultados mostraram que a técnica empregada pode reduzir pela metade o uso de desemulsificante químico (de 20 a 10 ppm) ou diminuir o tempo de residência em até 60% (de 20 para 8 min). Uma análise da influência da frequência na eficiência de desemulsificação é realizada e indica que não há sensibilidade no resultado para a faixa de frequência entre 0.8 e 1.5 MHz a uma temperatura ambiente de aproximadamente 23 C. A metodologia empregada auxilia no projeto das células e na aplicação da técnica, mas é insuficiente para explicar integralmente os mecanismos de separação e as diferenças entre o protótipo e o modelo. A aplicação de ultrassom na coalescência de emulsões possui potencial para desenvolvimento em larga escala. / The oil water separation process of petroleum emulsions is performed during the primary processing of crude oil and consists of water droplets coalescence. To minimize the use of demulsifiers and accelerate the emulsion separation process some equipment may be used such as acoustic separators. In this work, a radiation force technique produced by ultrasound standing waves is applied to the water phase separation in oil emulsions. Ultrasound cells operating at ultrasonic frequencies near 1 MHz are developed using piezoelectric resonators applied to the coalescence of water droplets in oil emulsions. This work involves simulations of the acoustic field through one-dimensional and two-dimensional analytical models and a numerical model for two-dimensional plane strain finite element analysis. Furthermore, experimental verification is performed using high power prototypes for batch separation by comparing the acoustic radiation potential and electrical impedance with computational models results. Several tests of synthesized petroleum emulsions breaking are performed using an experimental laboratory apparatus applying up to 600 W=l. A frequency control system is implemented in order to maintain maximum electric power transmission to the cells. The results showed that the technique can halve the use of chemical demulsifier (from 20 to 10 ppm) or decrease the residence time of up to 60% (from 20 to 8 min). An analysis of the frequency influence on demulsification efficiency is performed and indicates that there is no parameter sensitivity in the frequency range between 0.8 and 1.5 MHz at room temperature of approximately 23 C. It is demonstrated that the design methodology is consistent and the application has potential for large-scale development.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-16122014-161035 |
| Date | 03 October 2013 |
| Creators | Silva Junior, Agesinaldo Matos |
| Contributors | Adamowski, Júlio Cezar |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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