REVISTA ELETRôNICA DO MESTRADO EM ENGENHARIA

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REVISTA ELETRôNICA DO MESTRADO EM ENGENHARIA
Revista Eletrônica do Mestrado
em Engenharia de Petróleo e Gás
Ano 4, n. 1 - out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
Marcus Peixoto
Presidente
Profª. Sâmela Soraya Gomes de Oliveira
Reitora
Profª. Sandra Amaral de Araújo
Pró-Reitora Acadêmica
Profª. Maria Valéria Pareja Credidio Freire Alves
Diretora da Escola de Comunicação e Artes
Prof. Gedson Bezerra Nunes
Diretor da Escola de Engenharias e
Ciências Exatas
Profª. Drª. Ana Catarina Fernandes Coriolano
Coordenadora do Mestrado Profissional
em Engenharia de Petróleo e Gás
Prof. Dr. Carlos Enrique de M. Jeronimo,
E-mail: [email protected]
Editor
Prof. Dr. Francisco Wendell Bezerra Lopes
E-mail: [email protected]
Editor Adjunto
Mari Sugai
Revisão Linguística (Português)
Wilka Catarina da Silva Soares
Revisão Linguística (Inglês)
Adriana Evangelista
Revisão Normativa
Adriana Evangelista
Isabel Cristine Machado de Carvalho
Editora Universidade Potiguar – EDUnP
SISTEMA INTEGRADO DE BIBLIOTECAS DA
UnP - SIB/UnP
Apoio
C743 RunPetro - Revista Eletrônica do Mestrado em Petróleo e Gás /
Universidade Potiguar/Mestrado Profissional em Engenharia de Petróleo e
Gás. – Ano 4, n.1. (out.2015/mar.2016). – Natal: Edunp, 2015.
63p.: il.
Versão eletrônica.
ISSN 2316-6681
1. Petróleo e Gás. 2. Meio ambiente. 3. Geopressões.
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Professora da Universidade Potiguar
Prof. Msc. Marcílio Pelicano Ribeiro
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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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Prof. Msc. Marcos Ferreira de Lima
Mestre em Mestrado em Ciências de Engenharia
Elétrica pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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Bernard - Lyon 1 (França)
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Federal do Rio Grande do Norte
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Professor da Universidade Potiguar
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Doutor em Engenharia Química pela Universidade
Federal do Rio Grande do Norte / Université du Sud
Toulon Var (França)
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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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Profª. Drª. Érica Natasche de Medeiros
Doutora em Ciência e Engenharia de Materiais pela
Universidade Federal do Rio Grande do Norte
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Professor da UFERSA
Prof. Dr. Manoel Firmino de Medeiros Junior
Doutor em Elektrotechnik pela Technische Hochschule
Darmstadt (Alemanha)
E-mail: [email protected]
Professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Ano 4, n.1 out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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sumário
Editorial..................................................................................................................................... 7
AVALIAÇÃO DA DESATIVAÇÃO DAS ZEÓLITAS HY E HZSM-5 POR GASÓLEO
DE VÁCUO LEVE USANDO TESTE DE MICROATIVIDADE E TERMOGRAVIMETRIA .............. 9
SHUTDOWN ASSESSMENT OF ZEOLIT ES HY AND HZSM-5 IN VACUUM LIGHT OF DIESEL AND
USING MICROACTIVITY THERMOGRAVIMETRY TEST
Ana C. F. Coriolano - Cláudio Williams A. de Medeiros - Glauber José Turolla Fernandes - Andresa C. Lima Antonio S. Araujo
CORRELAÇÃO ENTRE PROPRIEDAD ES FÍSICO-QUÍMICAS DA CARBOXIMETIL CELULOSE
E DO CARBONATO DE CÁLCIO NO DESEMPENHO DE FLUIDOS DE PERFURAÇÃO
AQUOSOS ............................................................................................................................... 17
CORRELATION BETWEEN THE PHYSICALAND CHEMICAL PROPERTIES CARBOXYMETHYL
CELLULOSE AND CALCIUM CARBONATE IN DRILLING FLUIDS PERFORMANCE AQUEOUS
Keila R. Santa na Fagundes - Fabio P. Fagundes - Rosangela C. Balaban
MEDIDAS MITIGADORAS EM CASO DE ACIDENTES COM RESÍDUO DE PETRÓLEO
DO TIPO BORRA OLEOSA – REVISÃO DE LITERATURA.............................................................31
MITIGATING MEASURES IN THE EVENT OF AN ACCIDENT WITH OIL RESID UE OF OILY SLUDGE
TYPE
Rafaely Angelica Fonseca Bandeira - Almir Mariano de Sousa Junior - Ana Cata rina Coriolano Fernandes - Criste
Jones Bessa Simão - Maria Rosangela de Oliveira - Sandra Maria Campos Alves - José Avelino de Sousa Filho
PROJETO PARA UM SISTEMA DE PROTEÇÃO CATÓDICA: AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS.....43
DESIGN FOR A CATHODIC PROTECTION SYSTEM: ENDPOINTS
Almir Mariano de Sousa Junior - Nayara de Freita s Paiva - Fabrício José Nobrega Cavalcante - Manoel Mariano
Neto da Silva
VALIDAÇÃO DE MODELO MATEMÁTICO PARA ESTIMATIVA DE TÍTULO E
EFICIÊNCIA EM GERADORES DE VAPOR PARA INJEÇÃO EM POÇOS DE PETRÓLEO ............ 51
MATHEMATICAL MODEL FOR VALIDATION OF TITLE ESTIMATE AND EFFICIENCY IN STEAM
GENERATORS FOR INJECTION IN OIL WELLS
Valbério Gonzaga de Araújo
normas de publicação........................................................................................................ 62
Ano 4, n.1 out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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EDITORIAL
A nova edição da Runpetro, após a nova revalidação do seu web-qualis pela Capes, como conceito B3, apresenta os seguintes trabalhos:
•
Avaliação da desativação das zeólitas HY e HZSM-5 por gasóleo
de vácuo leve usando teste de microatividade e termogravimetria;
•
Correlação entre as propriedades físico-quimicas da carboximetilcelulose e do carbonato de cálcio no desempenho de fluidos
de perfuração aquosos
•
Medidas mitigadoras em caso de acidentes com resíduo de petróleo do tipo borra oleosa – revisão de literatura
•
Projeto para um sistema de proteção catódica: avaliação de parâmetros
•
Validação de modelo matemático para estimativa de título e eficiência em geradores de vapor para injeção em poços de petróleo.
O aumento do número de submissões é uma prova do sucesso do
periódico.
Diante desse contexto, agradecemos a todos os colaboradores da
revista. E convidamos a todos os leitores para continuarem a contribuir
com o periódico. Tenham uma ótima leitura.
Ano 4, n.1 out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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AVALIAÇÃO DA DESATIVAÇÃO DAS
ZEÓLITAS HY E HZSM-5 POR GASÓLEO
DE VÁCUO LEVE USANDO TESTE DE
MICROATIVIDADE E TERMOGRAVIMETRIA
SHUTDOWN ASSESSMENT OF ZEOLITES HY AND HZSM-5 IN VACUUM
LIGHT OF DIESEL AND USING MICROACTIVITY THERMOGRAVIMETRY TEST
Ana C. F. Coriolano
Doutora em Geodinâmica e Geofísica (UFRN). Advogada. Professora na Universidade Potiguar (UnP). E-mail: [email protected]
unp.br
Cláudio Williams A. de Medeiros
Mestrando em Engenharia de Petróleo e Gás. Universidade Potiguar (UnP). E-mail: [email protected]
Glauber José Turolla Fernandes
Doutor em Química. Doutor em Engenharia de Materiais. Ctgas-ER/Universidade Potiguar (UnP). E-mail: [email protected]
Andresa C. Lima
Mestre em Ciências e Engenharia de Petróleo e Gás. Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). E-mail: [email protected]
yahoo.com.br
Antonio S. Araujo
Doutor em Química. Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). E-mail: [email protected]
Ano 4 n. 1, p.09-15, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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Envio em: Fevereiro de 2015
Aceite em: Junho de 2015
Resumo
Este trabalho tem como objetivo analisar a acidez das zeólitas ácidas HY e HZSM-5, e avaliar a sua desativação
por formação de coque. Os catalisadores utilizados foram as zeólitas NH4ZSM-5 e NH4Y, obtidas comercialmente,
ambas do fabricante Zeolyst. Estas zeólitas foram calcinadas com o intuito de aumentar sua acidez, obtendo-se
as respectivas formas protônicas. Os materiais foram caracterizados por termogravimetria (TG/DTG), adsorção de
N2 (método BET) e determinação da acidez. Através da adsorção e da termodessorção da base n-butilamina, foram
determinadas as forças ácidas de cada sítio ácido para ambos os materiais. A zeólita HY apresentou uma acidez
total superior à da zeólita HZSM-5. Foi realizado o teste catalítico com gasóleo leve de vácuo com a finalidade
de desativar os catalisadores, na qual foram analisados os resíduos carbonáceos formados em suas estruturas.
Através das curvas TG/DTG, foram verificadas duas perdas de massa na zeólita HZSM-5 desativada, apresentando
tipicamente coque com caráter tanto alifático como aromático, enquanto que a zeólita HY apresentou tipicamente
o coque alifático.
Palavras Chave: Desativação. HY . HZSM-5.
Abstract
This work aimed to examine the acidity of acidic zeolites HY and HZSM-5 and evaluate its deactivation by
coke formation. The catalysts used were NH4ZSM-5 zeolites and NH4Y commercially obtained both by the
manufacturer Zeolyst. These zeolites were calcined in order to increase its acidity, obtaining their proton forms.
The materials were characterized by thermogravimetric analysis (TGA / DTG), N2 adsorption (BET method) and
determination of the acidity. Through adsorption and termodessotion base n-butylamine were determined acid
strengths of each acidic site for both materials. The HY zeolite showed a total acidity above the zeolite HZSM5. Catalytic test with light vacuum gas oil in order to deactivate the catalysts, in which the carbonaceous
residues formed were analyzed for their structures was performed. Through curves TG / DTG two mass losses
were recorded on HZSM-5 zeolite deactivated typically coke having both aliphatic and aromatic character, while
the HY zeolite typically presented coking aliphatic.
Keywords: Deactivation. HY. HZSM-5.
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1- INTRODUÇÃO
Ao longo dos anos, alguns materiais, em especial
as zeólitas, vêm contribuindo de maneira significativa
para a evolução do Brasil no que diz respeito à produção de derivados do petróleo. Elas apresentam uma
grande diversidade de formas e arranjos estruturais, o
que lhes proporcionam seletividade, e essa característica é muito importante em reações de craqueamento1.
O interesse pelo estudo e emprego de zeólitas como
catalisadores tem aumentado de modo significativo
nas últimas décadas devido à elevada acidez desses
materiais, e à sua peculiar estrutura de canais e cavidades. Alguns trabalhos realizados mostram que no
processo de craqueamento catalítico fluidizado (FCC),
o componente ativo dos catalisadores, é a zeólita Y na
sua forma USY, e como aditivos são utilizadas outras zeólitas, como a ZSM-5, a qual é incluída no processo para
aumentar o índice de octano da gasolina e a formação
de olefinas leves2. Essas zeólitas apresentam sítios ácidos que são responsáveis pelas reações de isomerização, alquilação, craqueamento catalítico, entre outros.
Elas promovem a quebra das moléculas de hidrocarbonetos, tornando cargas pesadas em produtos leves. O
gasóleo de vácuo é utilizado como carga de alimentação no processo de FCC, e ao entrar em contato com o
catalisador, o mesmo sofre mudanças em sua estrutura
molecular, dando origem aos produtos com menor fração molar. Em contrapartida, à medida que ocorrem as
reações de craqueamento, os catalisadores vão perdendo atividade e acidez, devido à formação de coque, o
que provoca entupimento dos poros até a desativação
parcial ou total dos sítios ativos. A formação do coque
envolve várias etapas reacionais sucessivas, sendo a
maior parte delas bimoleculares: condensação e transferência de hidrogênio. Além disso, a sua formação necessita não somente de etapas químicas, mas também
da sua retenção no interior ou na superfície da zeólita.
A retenção das moléculas de coque nos poros deve-se
à sua forte adsorção sobre os sítios ácidos, e à sua baixa
volatilidade ou ainda no seu bloqueio estequiométrico3,4. A velocidade de formação do coque, a sua composição e seu modo de formação, dependem muito da
temperatura de reação. Logo, os modos de formação
do coque ocorrem tanto em baixas temperaturas (< 200
ºC), denominados de coques alifáticos, como em temperaturas elevadas (> 320 ºC) denominados de coques
aromáticos5. A formação de coque em zeólitas ácidas
às temperaturas elevadas é geralmente produzida por
compostos poliaromático, e tem sua composição formada praticamente independente do reagente, sendo
determinada principalmente pelo tamanho, forma dos
poros e das cavidades das zeólitas. O objetivo deste tra-
balho foi avaliar a formação de coque e a acidez das
zeólitas ácidas HY e HZSM-5, usando reator de microatividade adaptado e análise térmica.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
A matéria-prima utilizada como alimentação na reação de craqueamento foi o gasóleo de vácuo leve, procedente da Petrobras S/A (Rio Grande do Norte), e os catalisadores foram as zeólitas NH4ZSM-5 e NH4Y, obtidas
comercialmente na forma amoniacal com razão SiO2/
AL2O3 (SAR) 30 e 12 respectivamente, ambas do fabricante Zeolyst. Para torná-las ácidas, foi realizada a calcinação destes materiais num forno mufla em um sistema
horizontal de vidro borossilicato contendo 3g da zeólita
comercial. A amostra foi submetida a um aquecimento
com rampa de 10º C/min-1 da temperatura ambiente até
atingir 400º C, onde permaneceu por 4 horas, sob fluxo
de nitrogênio a uma vazão de 10mL/ min-1, em que o íon
NH4+ decompõe-se em NH3, deixando o próton H+ ligado
à estrutura, transformando-a em sua forma ácida (HY e
HZSM-5)6.
Após essa etapa, foi realizada a análise termogravimétrica (TG) em uma termobalança da TA Instruments modelo Q600 TG/DSC. As amostras foram aquecidas da temperatura ambiente até 900 ºC em um cadinho de alumina
com capacidade para 90 μL, sob atmosfera de nitrogênio
com fluxo de 50 mL min-1. com a finalidade de avaliar a
estabilidade térmica do material. A análise de adsorção
de N2 (BET), também foi realizada a fim de determinar as
propriedades textuais, tais como: área superficial, volume
de poro e diâmetro de poros. A determinação da acidez
foi realizada através de adsorção e dessorção de base. Os
testes de microatividade catalítica foram realizados em
um reator de quartzo contendo 1 g de catalisador inserido em um forno aquecido a 500 oC. Foi utilizado o volume de 1,5 mL de gasóleo, o qual foi injetado no reator
através de uma seringa, pelo tempo de 30s. O gás de arraste utilizado no sistema foi o nitrogênio, a uma vazão
de vazão de 30 ml/mim-1.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
A calcinação foi feita com o objetivo de gerar prótons
na rede cristalina das zeólitas, onde esses prótons se ligam aos oxigênios próximos ao alumínio estrutural gerando sítios áciodos de Bronsted, tornando a superfície
da zeólita ácida, e assim proporcionar uma melhor atividade catalítica dos materiais. A análise termogravimétrica mostra que a calcinação foi eficiente e que ambas as
zeólitas possuem boa estabilidade térmica. A determinação da acidez das zéolitas HY e HZSM-5 foi realizada pelo
método de termodessorção de base (n-butilimina) com a
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finalidade de quantificar a força dos sítios ácidos. Após a
adsorção da base em um microreator de leito fixo e fluxo
contínuo, a dessorção da n-butilamina foi efetuada em
uma termobalança. Através das curvas de TG foi possível
determinar a faixa para os sítios ácidos de cada material.
Como mostra a figura 1 e 2.
Figura 1 – TG/DTG da dessorssão de n-butilamina HZSM-5
Figura 2 – TG/DTG da dessorssão de n-butilamina HY
Através das curvas TG/DTG, foi calculada a densidade to-
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tal de sítios ácidos de cada zeólita, como mostra a Tabela 1.
Tabela 1 – Propriedades ácidas da dessorção de n-butilamina das zeólitas HZSM-5 e HY
Faixa (a): de 100 a 300º C
No que diz respeito à adsorção e dessorção de nitrogênio (N2), as zeólitas HY e HZSM-5 apresentaram áreas
superficiais 512 e 236 m2/g, respectivamente. As Figuras 3
e 4 mostram as análises termogravimétricas das zeólitas
antes e depois da reação. Foi observado que a zeólita HY
/
Faixa (b): de 300 a 500º C.
apresentou tipicamente uma perda de massa entre 50 e
200 oC, referente ao coque leve (alifático), enquanto que
a HZSM-5 apresentou duas faixas de perdas de massa, entre 50 e 200, e 200 a 500 oC, sendo esta segunda atribuída
ao coque aromático.
Figura 3 – Curvas TG/DTG da Zeólita HY antes e depois da reação com o gasóleo
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Figura 4 – Curvas TG/DTG da Zeólita HZSM-5 antes e depois da reação com gasóleo.
4 CONCLUSÃO
A partir das curvas termogravimétricas de dessorção
da n-butilamina foi possível determinar a acidez total
(Atotal) das amostras, que foi calculada através do somatório dos sítios ácidos. A zeólita HY apresentou valores
de sítios ácidos fortes menores do que a zeólita HZSM-5,
mas em contrapartida, a acidez total da HY foi maior. Os
valores de áreas foram calculados através do método de
BET, onde se pode constatar que o valor da área superficial da zeólita HY foi superior ao da HZSM-5. Com relação
à desativação pelo gasóleo leve, houve formação de depósito de coque nos poros da zeólita HY, tipicamente de
natureza alifática, enquanto que para a zeólita HZSM-5,
além deste tipo de coque, houve também a formação de
coque aromático.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq, CAPES, ANP, Petrobras e FINEP-Rede de Catálise.
REFERÊNCIAS
CALDEIRA, V. P. S. Avaliação da síntese e caracterização de zeolitas ZSM-5 ausente de direcionador orgânico
estrutural. 2011. 90 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de
Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-graduação em Química. Natal, Rio Grande do Norte.
FERNANDO, R; GUISNET, M. ZEOLITOS. Um nanomundo ao servico da catalise. Brasil. Fundacao Calouste Gulbenkian
–BR; 2004. 220 p.
GUISNET, M; MAGNOUX, P. Stud. Surf. Sci. Catal., 1994, 88,53.
______, Martin D. Stud. Surf. Sci. Catal., 1997, 111,1.
MAXWELL, I; STORK, W. CHAPTER 17 Hydrocarbon processing with zeolites. In: H. VAN BEKKUM, E. et al. (Ed.). Studies
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Ano 4, n.1, p. 9-15, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
in Surface Science and Catalysis. Elsevier, 2001; 137: 747-819.
SILVESTRE, A; VIEIRA, E; BARRETO L. Importancia das zeolitas na industria do petroleo e no craqueamento em leito
fluidizado (FCC). Revista de divulgacao do Projeto Universidade Petrobras e IF Fluminense., v.2, n.1, p. 63-75, 2012.
Ano 4 n. 1, p.09-15, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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CORRELAÇÃO ENTRE
PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS
DA CARBOXIMETILCELULOSE E DO
CARBONATO DE CÁLCIO NO DESEMPENHO
DE FLUIDOS DE PERFURAÇÃO AQUOSOS
CORRELATION BETWEEN THE PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES
CARBOXYMETHYLCELLULOSE AND CALCIUM CARBONATE IN
DRILLING FLUIDS PERFORMANCE AQUEOUS
Keila R. Santana Fagundes
Universidade Federal Rural do Semiárido, Departamento de Ciências Ambientais e Tecnológicas, Engenharia de Petróleo.
E-mail: [email protected]
Fabio P. Fagundes
Docente no Mestrado Profissional em Engenharia de Petróleo e Gás. Universidade Potiguar, Engenharia de Petróleo.
E-mail: [email protected]
Rosangela C. Balaban
Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Instituto de Química, LAPET. E-mail: [email protected]
Ano 4 n. 1, p. 17-29, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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Envio em: Maio de 2015
Aceite em: Junho de 2015
Resumo
O papel da carboximetilcelulose (CMC) em associação com o carbonato de cálcio (CaCO3) na maioria dos fluidos de
perfuração base água é reduzir a perda de fluido para a formação. Outra função essencial é promover propriedades
reológicas capazes de manter em suspensão os cascalhos durante a operação de perfuração. Dessa forma,
é absolutamente essencial correlacionar a estrutura química do polímero (grau de substituição, massa molar e
distribuição do substituinte) com as propriedades físico-químicas do CaCO3, de forma a obter o melhor resultado a
custo mais baixo. Nesse contexto, este trabalho consiste no entendimento das interações CaCO3-CMC, assim como
os efeitos correspondentes às propriedades do fluido.
Palavras-chave: Carboximetilcelulose. Filtração. Carbonato de Cálcio. Propriedades Reológicas.
Abstract
The role of carboxymethylcellulose (CMC) in association to calcium carbonate particles (CaCO3) in most
water-based drilling fluids is to reduce the fluid loss to the surrounding formation. Another essential
function is to provide rheological properties capable of maintaining in suspension the cuttings during
drilling operation. Therefore, it is absolutely essential to correlate the polymer chemical structure (degree
of substitution, molecular weight and distribution of substituent) with the physical-chemical properties of
CaCO3, in order to obtain the better result at lower cost. In this context, this paper consists of understanding
interactions CMC-CaCO3, as well as the corresponding effects on the fluid properties.
Key-words: Carboxymethylcellulose. Filter loss. Calcium carbonate. Rheological properties.
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Ano 4, n.1, p. 17-29, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
1 - INTRODUÇÃO
Os fluidos de perfuração são responsáveis por manter
a limpeza do poço, transportando os cascalhos gerados
pela broca até a superfície, lubrificar a broca e controlar as
pressões da formação. Para isso são utilizados três tipos de
fluidos: os à base água, os fluidos base óleo e os base ar. Os
fluidos base óleo são eficientes, porém muito poluentes.
Dessa forma, seu uso encontra-se restrito em muitas áreas,
devido ao seu impacto ambiental (HAMED et al, 2009).
A fim de reduzir a toxicidade dos fluidos de perfuração,
vêm sendo desenvolvidos fluidos base água utilizando-se polímeros. A escolha dos polímeros a ser empregados
na formulação dos fluidos aquosos leva em consideração
a sua configuração molecular, seu comportamento na
presença de água, bem como as suas propriedades viscosificantes. Em geral, os polímeros mais utilizados são os
derivados da celulose (MAHTO; SHARMA, 2004; CAENN;
CHILLINGAR, 1996; ZHANG et al., 2000), goma guar (PÉREZ et al., 2004), poliacrilatos e poliacrilamidas (HAMED
et al, 2009), devido ao seu baixo custo, propriedades reológicas, e por serem ambientalmente corretos.
Outra vantagem da utilização de polímeros é o uso de
menores quantidades de argila para se atingir as propriedades reológicas desejadas, visto que as altas concentrações de argila provocam efeitos indesejáveis, tais como
o aumento de fricção e torque (MAHTO; SHARMA, 2004).
O controle das propriedades dos fluidos de perfuração é essencial, principalmente quando este atravessa
zonas com formações inconsolidadas. Essas propriedades incluem densidade do fluido e parâmetros reológicos
(viscosidade e tensão limite de escoamento).
Os fluidos de perfuração devem atravessar formações
de diferentes propriedades permoporosas, porém, sem
alterar suas propriedades reológicas e sem provocar danos à formação. Em geral, os fluidos empregados apresentam comportamento não-newtoniano com características tixotrópicas, ou seja, apresentam transformações
isotérmicas e reversíveis do estado sol (fluidez) para um
estado semirrígido (Gel) (BARNES et al, 1997).
Recentes pesquisas têm mostrado uma forte tendência de perfuração de poços de petróleo em lâminas
d’água cada vez mais profundas (THÓRHALLSSON et al,
2014; ABDO et al, 2013; PIVEL et al, 2009). Em consequência disso, problemas associados às altas temperaturas
e aos diferenciais de pressão são responsáveis por afetar
diretamente a estabilidade dos poços de petróleo, especialmente os relacionados às propriedades reológicas e
ao controle de filtração dos fluidos de perfuração.
Dessa forma, as características físicas e químicas da
formação (permeabilidade, porosidade, mineralogia, temperatura, gradiente de geopressões, dentre outras) são
responsáveis por ditar as propriedades do fluido de perfu-
ração a ser utilizado (EZELL et al., 2010). Por essa razão, os
fluidos de perfuração vêm sendo reformulados de forma a
superar a maioria dos problemas associados às condições
severas de temperatura e pressão, não esquecendo, entretanto, a necessidade de obtenção de fluidos de custo relativamente baixo e pequeno dano ao reservatório.
Em particular, os fluidos de perfuração base-água
apresentam alguns entraves relacionados ao menor desempenho no controle de filtrado e à dificuldade em
manter as propriedades reológicas durante a perfuração
em altas temperaturas, quando comparados aos fluidos
de perfuração base óleo, sem mencionar os problemas
referentes à inibição da hidratação e do inchamento de
argilas expansivas (DESAI et al, 2006). Baseado nisso, a
composição química associada às propriedades reológicas de filtração e de inibição desses fluidos constituem os
principais fatores responsáveis pela estabilidade do poço
durante a perfuração.
Polieletrólitos têm sido frequentemente utilizados
em fluidos de perfuração base água, principalmente a
goma xantana e a carboximetilcelulose (MENEZES et al,
2010; HAMED et al, 2009). Esses polímeros são provavelmente, os mais usados rotineiramente para aumentar a
viscosidade e controlar a perda de filtrado para a formação, respectivamente (HAMED et al, 2009). Basicamente,
o papel da CMC em fluidos de perfuração base água não
é simplesmente melhorar as propriedades de filtração do
fluido em associação ao agente de ponte (o mais utilizado e considerado neste trabalho é o carbonato de cálcio
– CaCO3), mas também promover um comportamento
de fluxo capaz de manter em suspensão os cascalhos
durante a perfuração, juntamente com a goma xantana
(BACKFOLK et al, 2002). Por essa razão, é absolutamente essencial o entendimento dos principais mecanismos
que governam o comportamento de fluxo e a cinética
de adsorção da CMC na superfície do CaCO3, correlacionando a estrutura química do polímero, massa molar e
grau de substituição às propriedades físico-químicas do
agente de ponte (CaCO3). Por sua vez, o desempenho do
fluido quanto ao controle de filtrado também dependerá
da seleção do tamanho de partícula do CaCO3, pois é de
fundamental importância minimizar a invasão do fluido
no meio poroso (rocha) através da formação de um reboco de baixa permeabilidade em que fatores como distribuição do tamanho de partícula, pH do meio, força iônica
e razão adsorvente/adsorbato, são os responsáveis por
ditar os mecanismos de filtração (BEAUSSART et al., 2010).
Diante do cenário apresentado, este trabalho visa
abordar a influência da estrutura química da carboximetilcelulose (massa molar e grau de substituição) sobre as
interações com o carbonato de cálcio, buscando maior
compreensão das propriedades físico-químicas de fluidos de perfuração aquosos.
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 CARBOXIMETILCELULOSE (CMC)
Os polissacarídeos vêm sendo cada vez mais utilizados
em uma ampla gama de aplicações industriais (PRADO et
al, 2014, BACHMANN et al, 2014), especialmente em fluidos
de perfuração (ALSABAGH et al, 2014). O elevado grau de
pseudoplasticidade e alta viscosidade (mesmo em baixas
concentrações), ambos intrinsecamente dependentes da
estrutura do polissacarídeo, são responsáveis por melhorar as propriedades reológicas e de filtração dos fluidos de
perfuração, além do controle de hidratação e inibição de
argilas durante a perfuração de poços de petróleo. Entretanto, essa classe de polímeros apresenta certa instabilidade em determinadas condições em que os fluidos são
submetidos, principalmente na presença de sais e altas
temperaturas e pressões (WAN et al, 2011).
Dentre os polímeros solúveis em água, utilizados em
operações de perfuração, a fim de aumentar a viscosidade do meio aquoso, estão incluídos a goma guar, carboximetilcelulose (CMC), hidroxietilcelulose (HEC), celulose polianiônica (PAC), goma xantana (GX), poliacrilato
e poliacrilamida.
Dos produtos obtidos através de modificações químicas da celulose, a carboximetilcelulose (CMC) é um
dos que mais se destacam, em função da sua importância econômica como agente espessante e pela variedade de aplicações.
A CMC (Figura 1), é um derivado hidrossolúvel obtido
industrialmente a partir da reação em suspensão (slurry
process) de celulose, hidróxido de sódio e ácido monocloroacético. Este derivado é, em geral, preparado e utilizado de forma sódica (Na-CMC) que, uma vez dissolvido em
água, apresenta as características típicas de polieletrólitos (CARASCHI; CAMPANA FILHO, 1999).
Figura 1 – Estrutura química da Carboximetilcelulose
Fonte – (KÄISTNER, 1996)
As propriedades físico-químicas da CMC dependem
do grau de substituição, grau de polimerização, da uniformidade da substituição dos grupos hidroxila pelos
grupos carboximetil ao longo da cadeia polimérica e da
pureza do produto. O grau de polimerização (DP) é definido como o número médio de unidades monoméricas
ao longo da cadeia polimérica, portanto, quanto maior
o DP, maior a massa molar média e, consequentemente,
a viscosidade do polímero. O grau de substituição (DS)
é definido como o número médio de grupos hidroxila
substituídos por unidade monomérica e é a propriedade de maior influência nas soluções de CMC quanto à
solubilidade, estabilidade ao cisalhamento e comportamento reológico. Seu valor pode atingir um máximo
de 3,0, mas na prática, são atingidos valores entre 1,2 e
1,4. Em água “doce”, a solubilidade da CMC é alcançada
a partir de DS=0,45. Com grande frequência, as CMCs
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comerciais apresentam DS entre 0,7 e 0,8 (CARASCHI;
CAMPANA FILHO, 1999).
A reação de transformação da celulose em CMC envolve a introdução do grupo carboximetil no anel de glicopiranose, através da substituição das hidroxilas ligadas aos carbonos 2, 3 e 6 (CARASCHI; CAMPANA FILHO,
1999). A presença de substituintes com grupos –CH2-COO- na cadeia de celulose produz um afastamento
das cadeias poliméricas e permite uma maior penetração de água, conferindo à CMC, solubilidade em água
a frio (ROHR et al, 2007). A concentração, o grau total
de substituição, massa molar e a estrutura molecular do
polímero, além da temperatura, teor de sais, pH, e presença de surfactantes, tem um efeito considerável sobre
as propriedades reológicas de soluções de CMC (BAYARRI et al, 2009). A sua estrutura permite a substituição de
três grupos hidroxilas em cada molécula de glucose.
Entretanto, um grau de substituição de 0,9 grupos OH/
glucose é suficiente para conferir as propriedades desejadas (ROHR, 2007).
A carboximetilcelulose tem uma elevada capacidade de interação com a água, boa compatibilidade com
a pele e membranas mucosas e, por serem fisiologicamente inofensivos, são amplamente utilizados em farmácia, cosméticos e na indústria alimentar, a fim de melhorar as propriedades de consistência e fluxo (KULICK
et al., 1996).
De acordo com Yang e colaboradores (2009), a CMC
pode ser empregada na indústria do petróleo como
controlador de filtrado e viscosificante devido à capacidade de manter suas propriedades na presença de sal,
embora sua viscosidade intrínseca e resistência à temperatura sejam limitadas por sua massa molar.
De modo geral, as amostras de carboximetilcelulose obtidas através da reação em meio heterogêneo são
constituídas por cadeias que podem conter até oito unidades repetitivas diferentes, como mostra a Figura 2.
Figura 2 – Estruturas das oito possíveis unidades repetitivas presentes nas cadeias de carboximetilcelulose
Fonte – (CARASCHI, 1999)
A preparação de CMC por reação heterogênea de carboximetilação de celulose resulta em produtos cuja distribuição de substituintes ocorre em blocos, nos quais os
grupos carboximetila são mais frequentes nas posições 2
e 6 dos resíduos de glicopiranose. Por outro lado, distribuições mais uniformes de substituintes são obtidas (a)
através da carboximetilação em meio homogêneo, (b)
por reação heterogênea à medida que o DS aumenta, e
(c) perfeitamente regulares quando a cadeia celulósica é
completamente substituída (DS=3). Apenas nesse último
caso as soluções molecularmente dispersas de derivados
de celulose podem ser obtidas, sendo que, incluso o caso
de CMC de baixo grau de substituição (DS <1) dispersa
em meio aquoso, amostras parcialmente substituídas
levam à formação de estruturas agregadas ou autoassociadas. Uma maior proximidade de grupos substituintes
pode facilitar as interações entre grupos carboxílicos de
unidades adjacentes e dificultar a sua dissociação, o que
justificaria as diferenças observadas entre as amostras
mais e menos substituídas (HEINZE et al, 1994).
No caso de cadeias poliméricas menos substituídas,
percebe-se um enovelamento das cadeias e também a
ocorrência de agregação, pois as interações repulsivas de
natureza eletrostática, que contribuem para a expansão
das cadeias, são menos importantes nesses casos (RUBINS-
TEIN et al, 1997). Nas amostras mais substituídas, a densidade de carga é maior e as interações eletrostáticas são
mais importantes, contribuindo para expandir o novelo
polimérico e, por consequência, desfavorecendo os processos associativos. A estabilidade de agregados formados
depende da natureza associativa das interações dos grupos envolvidos (-COOH e –OH) de sua distribuição e seu
número, da taxa com que essas interações são quebradas
e reconstituídas e, certamente, das repulsões entre grupos
carregados (-COO-). No caso de amostras de CMC pouco
substituídas, devido ao pequeno número de grupos substituintes, pode ser concluído que as interações eletrostáticas
repulsivas são minimizadas e que a conformação enovelada das cadeias é favorecida, propiciando muitas interações
associativas que são quebradas e reconstituídas rapidamente nos micro domínios em que ocorrem. A ocorrência
desses cruzamentos reversíveis aumenta a atração efetiva
entre os segmentos poliméricos, reduzindo sua afinidade
pelo solvente e favorecendo a agregação. Para as amostras mais substituídas, o padrão de substituição também
corresponde aos blocos de grupos carboximetil que, no
entanto, vão se tornando mais longos e menos espaçados
à medida que o DS aumenta (HEINZE et al, 1994). Nesses
casos, um efeito de volume excluído eletrostático, devido
à presença de mais grupos iônicos ao longo das cadeias,
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contribui para que uma conformação mais estendida seja
adotada, o que desfavorece a ocorrência de interações associativas e a estabilidade dos agregados formados. Assim,
embora as cadeias poliméricas das amostras mais substituídas de CMC conservem parte de sua capacidade de interagir associativamente, as estruturas agregadas são menos
estabilizadas e, portanto, mais facilmente dissociadas (CARASCHI, 1999).
3 CARBONATO DE CÁLCIO
Segundo Backfolk e colaboradores (2002), o carbonato de cálcio (CaCO3) ou calcita é proveniente do solo,
calcário ou mármore, e é comumente usado como pigmento em dispersões de revestimento de papéis, em tintas ou como carga para papéis e plásticos. Tem atraído
muito interesse devido à sua elevada pureza, além da
possibilidade de alcançar um elevado teor de sólidos em
suspensões aquosas mantendo sua viscosidade baixa. As
aplicações do CaCO3 são determinadas pelos seguintes
parâmetros: morfologia, estrutura, tamanho de partícula,
pureza química e do comportamento em soluções aquosas (CHEN et al, 2010).
A investigação das propriedades elétricas da superfície
do carbonato de cálcio tem sido o enfoque de inúmeros
trabalhos na literatura (NYSTRON et al., 2003; WEDIN et al.,
2004). Embora alguns autores enfatizem a importância do
estado elétrico na interface do CaCO3 com a solução, muitos resultados ainda continuam sendo aparentemente inconsistentes. De acordo com Thompson e Pownall (1988),
foram observadas discrepâncias no potencial elétrico dos
cristais de CaCO3 quando dispersos em soluções aquosas
de composição similar. Mesmo que muitas tentativas tenham sido feitas para explicar essas variações em função
da interface da solução e da origem das cargas elétricas
desse cristal, nenhuma correlação satisfatória foi alcançada. Por outro lado, atualmente alguns trabalhos mostram
que a magnitude das cargas na superfície do CaCO3 pode
variar com os diferentes processos de purificação, modificação do meio reacional através do uso de surfactantes,
temperatura e com a razão volume da área da superfície/
volume da solução (SONG et al, 2014).
Inúmeros estudos enfatizam a importância da presença dos íons Ca2+ e CO32- na superfície da calcita, os quais
são responsáveis pelo controle dos mecanismos que governam a cinética de adsorção de substratos em sua superfície (CHEN et al, 2010). De acordo com Eriksson e colaboradores (2008), o equilíbrio de dissolução desses íons
constitui um dos principais fatores responsáveis por afetar o potencial elétrico na superfície do CaCO3. Além disso, esse equilíbrio é fortemente influenciado pela pressão
parcial do dióxido de carbono (CO2) e pelo pH da solução.
Essencialmente, a concentração de CO2 presente no meio
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influencia o caráter positivo e negativo da superfície da
calcita, em que em altas concentrações de CO2 é observada uma disposição de cargas positivas, ao passo que
em baixas, é evidenciada a presença de cargas negativas
na superfície desse cristal (ERIKSSON, et al., 2008; ERIKSSON et al., 2007). Em outras palavras, a concentração de
CO2 tende a provocar uma mudança no balanço de dissolução desses íons (Ca2+ e CO32-) e, consequentemente,
induzir a uma mudança do potencial elétrico da superfície (VANEREK et al., 2000). O pH constitui um outro fator
importante e complexo para o entendimento das cargas
na superfície do CaCO3. Os prótons e hidróxidos afetam
principalmente as cargas da superfície pela mudança no
balanço de dissolução dos íons Ca2+ e CO32- em solução.
Dessa forma, pode-se concluir que a interface CaCO3/
solução aquosa é um sistema complexo e dinâmico com
íons dissolvendo e reprecipitando, comportamento esse
que dificulta o entendimento dos mecanismos que governam a cinética de adsorção de diferentes moléculas,
especialmente os polímeros.
3.1 ADSORÇÃO DE POLÍMEROS NA INTERFACE
SÓLIDO-LÍQUIDO
Existem diversas hipóteses sobre o mecanismo de adsorção de polissacarídeos sobre minerais, que apresentam principalmente as ligações de hidrogênio (BAKINOV
et al., 1964; BALAJEE; IWASAKI, 1969; AFENYA, 1982; STEENBERG, 1982) e interações hidrofóbicas (WIE; FUERSTENAU, 1974; HAUNG et al., 1978; MILLER et al., 1983, 1984).
Somasundaran (1969) e Khosla (et al, 1984) também propuseram a complexação química de amido nas superfícies de calcita e hematita.
Wang e Somasundaran (2005) avaliaram a adsorção
de CMC sobre a superfície de talco em meio aquoso. Os
autores observaram uma forte influência do pH e força
iônica, evidenciando, portanto, a importância das interações eletrostáticas durante o processo de adsorção.
De acordo com os resultados de modelagem molecular,
a CMC apresenta uma estrutura helicoidal quando esta
se encontra adsorvida, de modo que os grupos OH estejam em contato com a superfície do sólido. Além disso,
as principais forças responsáveis pela adsorção da CMC
na superfície do talco são uma combinação da interação
eletrostática e ligações de hidrogênio, mais do que as interações hidrofóbicas.
Liu e colaboradores (2006) também estudaram a adsorção de CMC e outros polissacarídeos sobre o talco e
observaram a seguinte ordem de densidade de adsorção
dos polissacarídeos: CMC > CMS (carboximetilamido) >
dextrana. Os autores propuseram que o processo de adsorção é governado pelas ligações de hidrogênio bem
como pelas interações químicas entre os polissacarídeos
e os grupos metálicos presentes na superfície do talco.
A maior densidade de adsorção da CMC comparada à
dextrana foi atribuída aos seus grupos carboxilato, que
favorecem a adsorção de forma mais significativa que os
grupos hidroxila da dextrana, além de apresentar uma
maior massa molar.
Khraisheh e colaboradores (2004) avaliaram o comportamento de adsorção da CMC em função da sua massa
molar e da força iônica do meio. Os resultados das isotermas de adsorção apresentaram dois estágios de adsorção,
que foram menos significantes para CMC de menor massa
molar. Os autores observaram uma maior densidade de
adsorção da CMC na superfície do talco quando CMC de
maiores massas molares foram utilizadas, e que a presença de íons mostrou-se favorável ao processo de adsorção.
Percebeu-se que a presença de cátions bivalentes (Mg2+ e
Ca2+) promove uma maior adsorção da CMC no talco quando comparados com cátions monovalentes (K+).
Nystrom e colaboradores (2002) investigaram as interações entre amido catiônico e calcita, variando o grau de
substituição (0,2; 0,35 e 0,5) e a massa molar (3800 e 2x106
g/mol) do amido, além da temperatura (25, 35 e 45°C).
Foi observado que a entropia e a baixa solubilidade do
amido são os principais responsáveis pelo processo de
adsorção e que a característica catiônica, tanto da calcita
quanto do amido, gera uma força eletrostática de repulsão que dificulta a adsorção. Existe também a repulsão
entre os substituintes catiônicos no amido, que entre outros fatores, dita a solubilidade deste em solução aquosa,
e é influenciada pela adição de eletrólitos, que aumentam a densidade de adsorção do amido na calcita bem
como sua floculação. Quanto à massa molar, os autores
perceberam que quanto maior este parâmetro, maior a
adsorção do amido em calcita.
Laskowski e colaboradores (2007) mostraram que os
polissacarídeos são adsorvidos na superfície de minerais
através da interação com os sítios metálicos hidroxilados
presentes na superfície dos mesmos. Esta interação irá
depender das características de acidez/basicidade destes
sítios. Os autores perceberam que para uma superfície
sólida com maior acidez, como por exemplo, o quartzo, a
adsorção dos polissacarídeos é reduzida, já quando a superfície do mineral apresenta um sítio metálico hidroxilado básico, a adsorção de polissacarídeos é aumentada.
3.1.1 Fatores que influenciam o processo
de adsorção
A interação de polissacarídeos com compostos metálicos hidroxilados é fortemente dependente do pH. Perry
e Aplan (1985) estudaram a adsorção de diferentes polissacarídeos em pirita e observaram que a adsorção máxima ocorreu sempre em pH em torno de 7. A massa molar
do polímero e o metal presente na superfície do mineral
também estão entre os fatores que influenciam o processo de adsorção de polímeros na interface sólido-líquido.
Alguns estudos mostram que os polissacarídeos interagem apenas com o metal hidroxilado presente na superfície do mineral (LIU et al, 2000). Porém, a forma com
que ocorre esse processo inclui diversas hipóteses, como
o descrito a seguir.
3.1.1.1 Hipótese da interação ácido/base
Em suspensões minerais, os grupos hidroxilados na
superfície mineral podem doar ou receber um próton, se
comportando então como um ácido de Bronsted ou base
de Bronsted, respectivamente. A acidez de Bronsted irá
depender do átomo do metal em que o grupo hidroxila
está ligado.
De acordo com Liu e colaboradores (2000), o mecanismo de reação proposto entre os grupos hidroxila dos
polissacarídeos e o metal hidroxilado presente na superfície do mineral, como mostrado na Figura 3, sugere
que a superfície do mineral doa grupos –OH, enquanto
os grupos hidroxila do polissacarídeo doam prótons, de
modo a formar um complexo metal-polissacarídeo de
cinco membros. Isto é, as espécies de metal hidroxilado
do mineral se comportarão como uma base de Bronsted
durante a interação com o polissacarídeo, de modo que
quanto maior a basicidade, mais forte será a interação
com o polissacarídeo.
Figura 3 – Mecanismo de reação proposto entre os grupos hidroxila dos polissacarídeos e o metal hidroxilado
Fonte – Liu, 2000
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Além da basicidade dos grupos de metais presentes na superfície do mineral, a densidade de adsorção
também irá depender da quantidade desses grupos
presentes.
3.1.1.2 Acidez/basicidade do óxido da
superfície
Schindler e Stumm (1987) mostraram que existem
diferentes grupos hidroxila nas superfícies dos óxidos.
Dependendo da valência do metal e seu número de coordenação, os grupos hidroxila da superfície podem se
ligar a 2, 1, ½ e 1/3 dos átomos do metal, como mostra
a Figura 4.
Figura 4 – Estruturas possíveis de grupos hidroxila na superfície de sólidos
Fonte – Liu, 2000
Essas diferenças na disposição dos grupos hidroxila
na superfície do sólido irão afetar as características ácido/base do sistema. Observando a Figura 3.4, percebe-se
que os grupos hidroxila apresentados no tipo I possuem
maior acidez do que os do tipo II (KAWAKAMI; YOSHIDA,
1985). Similarmente, os grupos hidroxila do tipo II são
mais ácidos que os III e V.
Embora o complexo de cinco membros formado entre
os grupos –OH em C-2/C-3 e os grupos hidroxila presentes na superfície do mineral seja possível, de acordo com
Davidson (1967), o esquema de reação não se completa
pois suas cargas não são balanceadas. A razão para propor esta reação foi baseada na redução do pH como resultado das interações polissacarídeos-mineral. Portanto,
existe a necessidade de outra troca de íons para que se
complete esta reação.
Os autores observaram que são necessários dois grupos hidroxila em um único sítio metálico simples para formar complexos. Assim, os grupos hidroxila dispostos na
superfície do sólido como ilustrado na estrutura do tipo
III são mais favoráveis à formação os complexos, comparado aos tipos I e II. Provavelmente, esse efeito está relacionado com a hipótese de interação ácido/base, em
virtude do tipo III ser mais básico do que o tipo I e II. Raju
e colaboradores (1998) mostraram que os grupos –OH
na posição C-6 dos polissacarídeos também participam
da reação de complexação com Ca(OH)2 além das posições C-2 e C-3. Baseado nesses resultados, é possível que
dois ou três dos grupos –OH de um mero ou de meros
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imediatamente adjacente nos polissacarídeos possam se
ligar ao átomo presente na superfície do sólido. Isso seria possível se os grupos hidroxila estivessem dispostos
de acordo com os tipos III, IV e V, onde essas três formas
apresentam basicidade relativamente alta, o que indica
que a interação mineral-polissacarídeo se dá através da
interação ácido-base.
Estando a hipótese da interação ácido-base correta,
a adsorção de polissacarídeos irá depender dos estados
de valência, raio iônico, e do número de coordenação do
metal presente na superfície do sólido. Estas características contribuem para a basicidade dos grupos hidroxila,
que por sua vez ditam a interação com os polissacarídeos
(LIU, 2000).
3.1.2 Adsorção da CMC sobre o
carbonato de cálcio
De acordo com Laskowski (2007), a adsorção de polímeros na superfície de sólidos dispersos em solução
aquosa permite a formação de uma camada de proteção ao redor da partícula do sólido e, como esta camada adsorvida é hidrofílica, irá interagir fortemente com
a água através de ligações de hidrogênio, minimizando
assim a possibilidade da formação de agregados. Alguns
polímeros iônicos, tais como a carboximetilcelulose, podem combinar os mecanismos estérico e eletrostático
para estabilizar as dispersões de minerais, como mostra
a Figura 5 (c).
Figura 5 – Estabilização de suspensões minerais (a) eletrostática (b) estérica e (c)combinação de
estabilização estérica e eletrostática
Fonte – (SATO; RUCH, 1980; NAPPER, 1983).
Em aplicações industriais, as propriedades de interface
sólido-líquido precisam ser modificadas e ajustadas para
melhorar o processo de dispersão e evitar a agregação
das partículas. Por essa razão, polieletrólitos aniônicos
são particularmente eficientes porque eles podem adsorver na superfície mineral e agir como agentes dispersantes e estabilizadores, mesmo quando submetidos a condições não favoráveis. Poliacrilatos são frequentemente
usados em processos industriais para se atingir estabilidade coloidal, e este vem sendo utilizado, por exemplo,
para estabilizar eletrostaticamente fluidos de carbonato
de cálcio. Tem sido aceito que a adsorção de poliacrilatos
em superfície de carbonato de cálcio é orientada, e que a
complexação da superfície ocorre entre grupos de ácidos
carboxílicos e sítios de cálcio hidratados na superfície do
precipitado e ao redor do carbonato de cálcio. O processo de adsorção é então caracterizado por uma natureza
endotérmica, que tem sido observada também na adsorção de poliacrilatos sobre TiO2 (BHOMER, 1998).
Poucos se têm reportado sobre a adsorção da carboximetilcelulose sódica (Na-CMC) em carbonato de
cálcio. De acordo com Backfolk (2002), o processo de
adsorção da carboximetilcelulose sódica (NaCMC) em
carbonato de cálcio é caracterizado por uma reação
endotérmica, originada pela ligação dos grupos de áci-
do carboxílico da NaCMC nos sítios de cálcio hidratado
presentes na superfície do CaCO3. Variações de entalpia
também foram observadas entre os íons cálcio presentes no sobrenadante obtido nas suspensões de carbonato de cálcio, além das soluções de CaCl2 e os grupos
de ácidos carboxílicos presentes na NaCMC, sugerindo
uma complexação das espécies em solução. Os autores
ainda observaram que uma modificação no carbonato
de cálcio através da pré-adsorção de um dispersante
aniônico, como o poli (acrilato de sódio), permite a ocupação de sítios da superfície e reduz significativamente a afinidade da superfície do CaCO3 pelo NaCMC, sugerindo que a NaCMC adsorve nos sítios de ácidos de
Lewis presentes na superfície do CaCO3.
A adição de Na-CMC à suspensão de carbonato de
cálcio ainda não completamente disperso e a adição de
Na-CMC à suspensão já devidamente dispersa, envolve
interações complexas em ambas as situações e as fases
interfaciais. As interações entre os íons cálcio dissolvidos
do carbonato de cálcio e Na-CMC não têm sido satisfatoriamente explicadas, mas é razoável assumir que as
interações entre Na-CMC e espécies dissolvidas a partir
de dispersões de carbonato de cálcio terão efeitos consideráveis na conformação e na solubilidade do Na-CMC
(BACKFOLK, 2002).
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MEDIDAS MITIGADORAS EM CASO DE
ACIDENTES COM RESÍDUO DE PETRÓLEO
DO TIPO BORRA OLEOSA – REVISÃO DE
LITERATURA
MITIGATING MEASURES IN THE EVENT OF AN ACCIDENT WITH OIL
RESIDUE OF OILY SLUDGE TYPE
Rafaely Angelica Fonseca Bandeira
Mestrado em Engenharia de Petróleo e Gás. Universidade Potiguar (UnP). E-mail: [email protected]
Almir Mariano de Sousa Junior
Mestrado em Engenharia de Petróleo e Gás. Universidade Potiguar (UnP). E-mail: [email protected]
Ana Catarina Coriolano Fernandes
Coordenadora do Mestrado em Engenharia de Petróleo e Gás. Universidade Potiguar (UnP). E-mail: [email protected]
Criste Jones Bessa Simão
Mestrado em Engenharia de Petróleo e Gás. Universidade Potiguar (UnP). E-mail: [email protected]
Maria Rosangela de Oliveira
E-mail: [email protected]
Sandra Maria Campos Alves
E-mail: [email protected]
José Avelino de Sousa Filho
Mestrado em Engenharia de Petróleo e Gás. Universidade Potiguar (UnP). E-mail: [email protected]
Ano 4 n. 1, p. 31-41 out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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Envio em: Junho de 2015
Aceite em: Julho de 2015
Resumo
Na busca para demonstrar maneiras adequadas para tratar o resíduo de petróleo (borra do petróleo ou borra oleosa)
em casos de derramamentos ou mesmo de acidentes envolvendo pessoas ou o meio ambiente, é que está sendo
realizada essa revisão literária. A principal fonte de pesquisa foi obtida de dados emitidos pela indústria petrolífera,
principal responsável por uma geração considerável desse resíduo, provenientes de suas atividades. O objetivo
principal será analisar os riscos que esses resíduos podem causar ao meio ambiente, estudar sua caracterização e seu
destino final. Foram verificadas através de Ficha de Emergência emitida pela Petrobras, medidas cautelosas a serem
adotadas em tais situações, bem como equipamentos a serem utilizados a fim de minimizar os danos aos envolvidos
e ao meio ambiente. O possível dano ambiental decorrente da atividade petrolífera é de inteira responsabilidade da
empresa geradora, conforme se pode verificar na legislação vigente, que preconiza que a responsabilidade civil e
penal pelo impacto ambiental ocasionado, e pela segurança e saúde dos trabalhadores é da empresa. Na mediada
em que os produtos químicos são manuseados de forma adequada, respeitando as leis e normas vigentes no país, o
impacto ambiental diminuirá consideravelmente.
Palavras-Chave: Meio ambiente. Petrobras. Ficha de Emergência.
Abstract
In seeking to demonstrate appropriate ways to treat the oil residue (sludge of oil or oily grounds) in cases
of spills or accidents involving people or the environment is being held this literary review. The main source
of research was obtained on data issued by the oil industry, primarily responsible for a sizable generation
of waste arising from its activities. The main objective is to analyze the risks that such waste can cause to
the environment, to study its characterization and its final destination. It was verified through Emergency
certificate issued by PETROBRAS, cautious measures to be adopted in such situations, as well as equipment to
be used in order to minimize the damage involved and the environment. The possible environmental damage
caused by the oil activity is the sole responsibility of the generating company as can be seen in the current
legislation, which advocates that the civil and criminal liability for environmental impact caused, and the
safety and health of workers is the company. To the extent that chemicals are handled appropriately, respecting
the laws and regulations in force in the country, the environmental impact will decrease considerably.
Keywords: Environment. PETROBRAS. Emergency record.
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1 - INTRODUÇÃO
Qualquer atividade humana é por natureza geradora
de resíduos sólidos. Estes por sua vez, são denominações
genéricas para determinados tipos de lixo produzidos
pelo ser humano e são representados por materiais que
não possuem nenhum valor mais para o gerador. Segundo o Instituto de Pesquisa Tecnológica (IPT), os resíduos
sólidos podem ser classificados quanto à sua origem e
natureza em: domiciliar, comercial, serviços de saúde,
industrial, radioativo, agrícola, entulhos, de portos, aeroportos, terminais rodoviários e ferroviários (AMBIENTE
BRASIL, 2004).
Conforme preconiza a lei 9966/2000, óleo é qualquer
forma de hidrocarboneto (petróleo e seus derivados),
incluindo óleo cru, óleo combustível, borra, resíduos de
petróleo e produtos refinados.
Segundo Guimarães, a indústria petrolífera é uma das
principais geradoras de resíduos considerados tóxicos e
poluentes ao meio ambiente, e dentre estes está a borra
oleosa formada nas etapas de produção, transporte e refino de petróleo. O material borra oleosa é formada por
metais pesados (Pb- chumbo, Cr- cromo, Mn- manganês,
Se- selênio, As- arsênio dentre outros, que se destacam
por serem altamente danosos ao homem e ao meio ambiente), óleos, águas, óxidos e misturas de argila (calcita,
quartzo, anidrita, hematita, entre outros que podem
variar conforme a formação do solo do local perfurado),
sendo que a variação do percentual de cada componente
desta mistura dependerá da amostra analisada. Este autor afirma ainda que durante anos, o material oleoso era
descartado em diques, sobre o solo, trincheiras, ou em
tambores para posterior aterro. O acúmulo deste resíduo
pode contaminar corpos hídricos adjacentes, podendo
ainda degradar o solo devido à alta contaminação do
produto.
Segundo Thomas, o histórico mundial se dá conforme Tabela 1, e a descoberta e advento do petróleo no
Brasil está demonstrado na Tabela 2.
Tabel 1 - Uso de petróleo na escala mundial- Temporalidade
LOCAL
Babilônia
ÉPOCA
História antiga, sendo que seu uso
USO
Assentamento de tijolos com asfalto
Fenícia
remonta a tempos bíblicos.
Calafetação de embarcações
Grécia e Roma
Fins bélicos
Egito
Pavimentação de estrada, embalsamar mortos e construção de
pirâmides
Novo mundo
Decoração e impermeabilização de potes
Incas, Maias e outras
Fins diversos
civilizações antigas
Estados Unidos
1859
Exploração comercial
Texas
1900
Exploração usando processo rotativo- marco neste processo de
Estados Unidos
1945
Estados Unidos
1950
Oriente Médio e União
1960
perfuração.
Maior produtor mundial, seguido da Venezuela, México, Rússia,
Irã e Iraque.
Metade da produção mundial, mas já começa um novo polo
produtor no hemisfério oriental.
Soviética
Mar do Norte, México
Exploração de Petróleo; Nesse ano registra a abundância de
petróleo disponível no mundo.
1970
e Terceiro Mundo
Grandes descobertas; nessa época houve brutal elevação no
preço e os Estados Unidos encontrava-se com as reservas
esgotadas; aconteceram ainda, significativos avanços na
geoquímica orgânica.
Escala mundial
Anos 80 e 90
Redução de custo de exploração de produção, criando um novo
ciclo econômico.
Dias atuais
Larga utilização de derivados de petróleo, centenas de
compostos produzidos.
Fonte - Thomas, 2001- criada pelo autor.
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Tabel 2 - Uso de petróleo no Brasil- Temporalidade
LOCAL
Rio Maraú, província da Bahia
ÉPOCA
1858
Extração de mineral betuminoso para fabricação de querosene.
Alagoas
1891
Existência de sedimentos argilosos no litoral.
Município de Bofete em São Paulo
1897
Primeiro poço brasileiro.
Pará, Alagoas, Bahia, São Paulo,
1919
Criação do serviço geológico e mineralógico do Brasil, 63 poços
Paraná, Santa Catarina e Rio
USO
perfurados sem sucesso.
Grande do Sul
Lobato, Bahia
1938
Candeias, Bahia
1941
Primeiro campo comercial.
Brasil
1953
Instituição do monopólio estatal de petróleo com a criação da Petrobras.
Tabuleiro dos Martins em Alagoas
Década de 50
Descoberta de campos de petróleo.
Década de 60
Descoberta de campos de petróleo.
Bacia de Campos no Rio de Janeiro
Década de 70
Descoberta da província petrolífera.
Mossoró no Rio Grande do Norte,
Década de 80
Descoberta de campos de petróleo; Mossoró em pouco tempo se
Recém-criado DNPM (Departamento Nacional de Produção Mineral),
descobridor de petróleo no Brasil.
e Tequipe na Bahia
Carmópolis em Sergipe, Guaricema
em Sergipe- no mar e Miranga na
Bahia
Marlim e Albacora em águas
constituiu na segunda maior área produtora do país.
profundas da Bacia de Campos.
Roncador e Barracuda na Bacia de
Década de 90
Descoberta de campos de petróleo.
Campos.
Fonte - Thomas, 2001- criada pelo autor.
Ainda segundo Thomas, a produção de petróleo no
Brasil cresceu de 750m³/dia na época da criação da Petrobras para mais de 182.000 m³/dia no final dos anos 90.
A indústria de petróleo brasileiro, Petrobras, é uma
sociedade anônima de capital aberto, cujo acionista majoritário é a união federal, representada pelo tesouro nacional. Atua como empresa integrada nos setores de exploração e produção, refino, comercialização, transporte,
petroquímica, distribuição de derivados, gás natural,
energia elétrica, gás química e biocombustíveis. Está presente no Brasil e em mais 17 países, liderando a produção
de petróleo aqui (PETROBRAS, 2015).
Conforme dados do exercício de 2013, a estatal investiu R$ 104,41 bilhões, obteve de receita de vendas R$ 304,
89 bilhões, e seu lucro líquido foi de R$ 23,57 bilhões;
conta com 798.596 acionistas, 86.111 empregados que
produzem diariamente 2 milhões 539 mil barris de óleo
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equivalente. Conta com uma frota de 326 navios, sendo
que 57 são de propriedade da Petrobras; 34.639Km de
dutos; 134 plataformas de produção, sendo 57 flutuantes
e 77 fixas; dispõe de 15 refinarias que produzem 2 milhões 124 mil barris por dia de derivados; cinco usinas de
biodiesel e dez de etanol; 21 usinas termoelétricas, sendo
que 16 delas utilizam gás natural; quatro usinas de energia eólica; 7.710 postos de combustíveis e três fábricas de
fertilizantes.
A exploração e produção de petróleo e gás natural
são as atividades centrais da empresa; com o objetivo
de atender a crescente demanda, essa busca aumentar
as reservas e desenvolver a produção. Na figura 1, existe
uma prospecção de metas de produção de óleo e gás
natural de 2013 a 2020. Já de 2020 a 2030, a Petrobras
objetiva produzir 4 milhões de barris de óleo por dia no
Brasil e no exterior.
Figura 1 - Plano de negócio e gestão da PETROBRAS 2014-2018
Fonte - Petrobras, 2015.
As bacias são locais onde a indústria petrolífera opera
a fim de explorar os petróleos guardados entre as rochas;
a maior parte das reservas estão em campos marítimos,
em águas profundas e ultra profundas. As principais bacias do Brasil são: Bacia de Campos, localizada no Espírito
Santo e Rio de Janeiro; Bacia de Santos, no Paraná, Santa
Catarina, São Paulo e Rio de Janeiro; Bacia do Espírito
Santo, no Espírito Santo; Bacia de Solimões, na Amazônia;
Bacia Potiguar, Paraíba, Ceará e Rio Grande do Norte; bacia do Sergipe e Alagoas, no Sergipe e Alagoas; Bacia do
Recôncavo, na Bahia; bacia da Camaru- Almada, na Bahia;
Bacia do Tucano, na Bahia; Bacia do Jequitinhonha, na Bahia (PETROBRAS, 2015).
As refinarias têm como meta transformar o óleo bruto
extraído dos campos de petróleo, em diversos produtos
utilizados diariamente, e estão distribuídas pelo país da
seguinte forma: refinaria Abreu e Lima em Pernambuco;
refinaria potiguar Clara Camarão no Rio Grande do Norte;
complexo petroquímico do Rio de Janeiro; refinaria Landulpho Alves na Bahia; refinaria lubrificantes e derivados
do Nordeste no Ceará; refinaria Capuava em São Paulo;
refinaria Duque de Caxias no Rio de Janeiro; refinaria Alberto Pasqualine no Rio Grande do Sul; unidade de industrialização do xisto no Paraná; refinaria Gabriel Passos em
Minas Gerais; refinaria Isaac Sabbá na Amazônia; refinaria
presidente Getúlio Vargas no Paraná; refinarias presidente Bernardes, da Paulinia, Henrique Lago em São Paulo.
Atualmente, a Petrobras está ampliando o horizonte exploratório na camada Pré-sal; essa camada é uma
sequência de rochas sedimentares formadas há mais
100 milhões de anos no espaço geográfico criado pela
separação do antigo continente da Gondwana, separação dos atuais continentes americano e africano. Entre os dois continentes, formaram-se inicialmente depressões, que deram origem a grandes lagos. Ali foram
depositados ao longo de milhões de anos as rochas
geradoras de petróleo do pré-sal. Como todos os rios
dali corriam para regiões mais baixas, foram-se depositando grande quantidade de matéria orgânica. À medida que os continentes se afastavam, a matéria orgânica
ia sendo coberta pelas águas do oceano Atlântico que
estava em formação. Dava-se início a uma formação de
camada de sal que atualmente chega a 2000 metros
de espessura; essa camada de sal depositou-se sobre
a matéria orgânica, retendo-a por milhões de anos, até
que processos termoquímicos transformaram-na em
hidrocarbonetos (petróleo e gás natural). A província do pré-sal que fica no litoral entre os estados de
Santa Catarina e Espírito Santo, tem 800 km de extensão por 200 km de largura; e até o ano passado, após
a primeira descoberta do pré-sal em 2006, já estavam
sendo produzidos 500 mil barris de petróleo por dia.
Na figura 2 está ilustrada a forma que o petróleo se
encontra nessa camada.
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Figura 2 - Perfil da camada pré-sal
Fonte - Petrobras, 2015.
É mister salientar que a Petrobras não é a única empresa que realiza exploração e refino de petróleo no
Brasil e tampouco no mundo, mas será a única citada
neste trabalho, por se considerar a magnitude desta
indústria no país e na escala mundial, e por saber que
as atividades de perfuração e exploração de petróleo,
a caracteriza como uma das grandes geradoras do resíduo borra de petróleo.
A fim de informar medidas que possibilitarão minimizar os impactos ambientais nas atividades de exploração do petróleo, em sua fase primária tratando
o resíduo “Borra de petróleo” da maneira correta e
indicada pela legislação vigente, é que essa pesquisa
literária está sendo formalizada; indicando ainda medidas corretivas a serem adotadas em caso de situações
emergenciais no manuseio do subproduto por meio
de Fichas de segurança emitidas pela Petrobras (empresa que mais dispõe desse resíduo em seu complexo
industrial em terras brasileiras).
Segundo a CNI (Conferência Nacional das Indústrias), o petróleo produzido atualmente no Brasil é utilizado essencialmente como matéria-prima nas refinarias,
onde é processado para a obtenção de diversos tipos
de derivados. Informa ainda que o país ocupa o nono
lugar no mundo em termos de capacidade de refino e
que atinge 2,1 milhões de barris/dia ou 2,3% da capacidade mundial conforme dados coletados junto a ANP
(Agência Nacional de Petróleo) em 2011 (CNI, 2012).
Conforme elucida a lei n° 14248, que instituiu
a Política Nacional de resíduos Sólidos, “resíduos sólidos são os resíduos que resultam de atividade humana
em sociedade e que se apresentem nos estados sólido,
36
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semissólido ou líquidos não passíveis de tratamento
convencional”. Nesta legislação, os resíduos sólidos
são classificados de forma mais simplificada em: urbanos, industriais, serviços de transporte, serviços de
saúde e especiais.
Importante ressaltar que para a norma da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), a NBR 10.004,
resíduos sólidos são:
Resíduos nos estados sólidos e semissólidos,
que resultam de atividades da comunidade de
origem: urbana, agrícola, radioativa e outros
(perigosos e/ou tóxicos). Ficam incluídos nesta
definição os lodos provenientes de sistemas de
tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição,
bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável seu lançamento na
rede pública de esgoto ou corpos d’água, ou
exijam para isso soluções técnicas e economicamente inviáveis, em face à melhor tecnologia
disponível (ABNT- NBR 10.004, 2004).
Estes podem ser classificados quanto aos riscos potenciais de contaminação do meio ambiente em três
categorias. Esta nova versão classifica os resíduos em
três classes distintas: classe I (perigosos), classe II (não
inertes), e classe III (inertes).
Já na legislação ambiental vigente no país, observando nesse momento os aspectos da lei n° 6.938/81
em seu artigo 8°, estabelece competências normativas
ao CONAMA em que cita que esse deve estabelecer
mediante proposta do IBAMA, normas e critérios para
o licenciamento de atividades efetiva ou potencial-
mente poluidoras, a ser concedido pelos estados e supervisionado pelo IBAMA; regulamenta ainda que privativamente normas e padrões nacionais de controle da
poluição por veículos automotores e outros tipos de
veículos devem estar parametrizado pelo CONAMA,
mediante audiência dos ministérios competentes, e o
parágrafo 7º desse mesmo artigo estabelece normas,
critérios e padrões relativos ao controle e a manutenção da qualidade do meio ambiente com vistas ao uso
dos recursos ambientais principalmente hídricos (Lei
n° 6.938, 1981).
Tendo em vista que um dos resíduos gerados nas
indústrias petrolíferas (borras de petróleo ou borras
oleosas), fruto do processamento primário dos fluidos
na exploração e produção de petróleo e nos processos de refinamento do óleo cru, é um grave problema
a ser considerado devido à quantidade produzida que
pode chegar a cerca de 30.000 toneladas a cada ano
segundo (ZHIQI et al., 2007).
Em pesquisas recentes, pode-se verificar que as empresas mais sustentáveis, aquelas que se preocupam
com variáveis que possam impactar o seu negócio e
que efetivamente contribuem para a preservação da
vida para as gerações futuras, são mais valorizadas
quando comparadas com aquelas que não têm esse
tipo de postura, encontram-se em constante crescimento. Parametrizando essa realidade, foram criados
alguns índices utilizados por investidores em busca de
oportunidade de investimento, tais como: Down Jones
Sustainability Indexes – índice pioneiro criado em 1999
e usado no acompanhamento financeiro de empresas
orientadas para a sustentabilidade, funcionando como
um modelo para as empresas que estão fora desse índice; o FTSE4Good – criado em 2001 e que representa
uma parceria do Financial Times com a Bolsa de Londres, medindo ainda o desempenho de empresas com
altos padrões de responsabilidade corporativa; Socially Responsible Index (SRI World Group) – que objetiva
fornecer informações sobre investimentos sociais e responsabilidade social corporativa, e foi criado em 1999
o ISE (Índice de Sustentabilidade Empresarial) – criado
em 2005 pelo BOVESPA (Bolsa de Valores do Estado
de São Paulo), objetivando refletir o retorno de uma
carteira composta por empresas reconhecidamente
comprometidas com a sustentabilidade empresarial
(FIGUEIREDO; FARIAS FILHO, 2009).
2 ANÁLISE DE MÉTODOS DE TRATAMENTO E
DISPOSIÇÃO FINAL DA BORRA OLEOSA
A problemática resultante da geração dos resíduos
é cada vez mais preocupante devido à necessidade de
preservação do meio ambiente e de adequar-se às legislações vigentes.
Os aspectos ambientais são elementos das atividades, produtos e serviços de uma organização que
pode interagir com o meio ambiente (ABNT/NBR/ISO
14.001, 2004). Os impactos ambientais são qualquer
modificação do meio ambiente, adversa ou benéfica,
que resulte, no todo ou em parte, dos aspectos ambientais da organização (ABNT/NBR/ISO 14.001, 2004).
A recuperação de áreas degradadas pode ser conceituada como um conjunto de ações – idealizadas e
executadas por especialistas das mais diferentes áreas
do conhecimento humano – que visam proporcionar
o restabelecimento de condições de equilíbrio e sustentabilidade existentes anteriormente em um sistema
natural (DIAS; GRIFFITH, 1998).
Realizando uma abordagem sobre o tema da análise
de métodos de tratamento e disposição de produtos,
resíduos e embalagens ocasionados no beneficiamento do petróleo através de estudos de casos reais, leva a
um direcionamento melhor de como dar destino ambientalmente correto a esse resíduo, sem comprometer
o meio ambiente, e consequentemente, a saúde humana. Pois a forma de disposição final do resíduo químico
gerado pelas instalações de uma empresa é de sua responsabilidade e interfere diretamente na relação do
homem/meio-ambiente com questões que podem ser
minimizadas e até sanadas quando se resolve investir
em um descarte adequado, devendo ser seguidas leis,
normas e regulamentos existentes e ainda podendo
ser adotadas orientações dadas pelas FISPQ (Ficha
de Informação de Segurança de Produtos Químicos),
emitidas pelas empresas que fabricam, documento
normalizado pela ABNT. Conforme norma ABNT-NBR
14725, atende o Decreto nº 2.657 de 03/07/1998 (promulga a Convenção nº 170 da Organização Internacional do Trabalho-OIT), e deve ser disponibilizado junto
com os produtos para os empresários que os utilizem,
tornando-se um documento obrigatório para a comercialização dos produtos. Ela fornece informações sobre
vários aspectos dos químicos (substâncias ou misturas), segurança à saúde e ao meio ambiente; transmitindo desta maneira, conhecimentos sobre produtos
químicos, recomendações sobre medidas de proteção
e ações em situação de emergência.
A FISPQ, documento dividido em 16 Seções, indica
os perigos e possíveis riscos considerando o uso dos
produtos químicos; o documento não abrange todas
as situações que possam ocorrer em um ambiente de
trabalho, indicando apenas parte da informação necessária para a elaboração de um programa de saúde,
segurança e meio ambiente; O MSDS/SDS (Material
Safety Data Sheet/ Safety) siglas conhecidas mundiAno 4 n. 1, p. 31-41 out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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almente referentes a essa ficha, o qual segue o modelo de cada país, tem como objetivos indicar medidas
emergenciais a serem adotadas em casos de acidente
com o meio ambiente e/ ou com operadores no caso
do manuseio da borra do petróleo, a fim de evitar assim danos maiores ao meio ambiente.
3 METODOLOGIA DE TRABALHO
A metodologia utilizada foi embasada em dados
literários, buscando um contexto relacionado entre o
petróleo, o meio ambiente, e os respectivos impactos, indicando ainda medidas corretivas ou preventivas em caso
de manipulação da borra oleosa. Qualquer ação proposta
para diminuir os impactos ocasionados pela ação humana
nessas instalações sobre o meio ambiente contribui, em
última instância, para a sustentabilidade de todo o planeta.
Foi vista a recomendação feita pela Petrobras por
intermédio da ficha de emergência desse produto,
onde serão informadas medidas sobre o meio físico
(“solo-alteração de propriedades físicas, químicas e
biológicas”, “ar- poluição do ar” e “água- poluição das
águas superficiais e subterrâneas”.), no meio bióticointerferência na fauna e flora, e no meio antrópico, se
altera a saúde de operadores, se propicia risco à segurança, e se causa danos à equipamentos. Uma vez
estabelecida à significância dos aspectos e impactos
ambientais, serão indicadas medidas de controle para
serem aplicadas nesses ambientes, conforme figura 3,
ficha de emergência:
Figura 3 - FISPQ da borra oleosa de petróleo.
Fonte - Site da Petrobras distribuidora, 2015
38
Ano 4, n.1, p. 31-41 out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Em estudo realizado por Silva (2013), o processo de
contaminação define-se como a adição no solo e no lençol freático de compostos, que qualitativa e/ou quantitativamente modificarão as suas características naturais e
utilizações, produzindo inúmeros efeitos negativos, constituindo poluição e processo de degradação do meio
ambiente.
Já para Paula (2014), a indústria petrolífera, em suas
operações, geram grandes volumes de resíduos líquidos e sólidos que são patológicos ao meio ambiente e
à saúde pública. No entanto, quando estes são adequadamente tratados, destinados e até reciclados, inclusive
com balizamento em padrões internacionais, seus efeitos
nefastos podem ser reduzidos à níveis aceitáveis.
Segundo Melo, por muitos anos a indústria petrolífera
está poluindo o meio ambiente, entre essa poluição está
presente o resíduo gerado pela indústria chamado de
borra de petróleo ou borra oleosa. Esse resíduo por muito tempo não era tratado corretamente e depositado em
diques ou aterros sem nenhum tratamento e em contato
com o solo, poderia e ainda pode acarretar em inúmeras
contaminações. Com uma nova consciência mundial em
relação ao meio ambiente, buscaram-se novas formas
de se tratar essa borra. No entanto, ainda não se encontrou uma tecnologia totalmente eficiente, e é esta busca
que motiva os pesquisadores para solucionar esse grave
problema.
Pedroza (2011) preconiza que o tratamento e a disposição desse subproduto do processo de beneficiamento de petróleo se torna um grande desafio, por ser um
resíduo de difícil tratamento e disposição final; são buscadas inúmeras soluções com novas tecnologias e tratamentos alternativos como: os tratamentos térmicos por
pirólise, gaseificação e incineração, a reciclagem da borra
com a sua incorporação à massa argilosa para a fabricação de blocos cerâmicos para a construção civil, e a sua
disposição em landfarming (técnicas de espalhamento
das borras oleosas em grandes áreas) (SILVA, 2013).
Com o intuito de minimizar os impactos ambientais
causados por esta indústria, as empresas têm investido
de algumas maneiras, como a eliminação da queima do
gás (conhecido por flaring) nas plataformas, o sequestro
geológico de carbono (LABJOR, 2006), além de desenvolverem energias que possam substituir o uso do combustível fóssil em algumas aplicações; com o gerenciamento dos impactos econômicos, ambientais e sociais, a
indústria petrolífera está enfrentando vários desafios, tais
como: o acesso às reservas por limitações regulatórias
ou tecnológicas; queda do fator demandado para o
petróleo; oscilações no preço do barril do petróleo e alto
custo de exploração.
Conforme RIMA emitida pela Petrobras para a refinaria do Nordeste Abreu e Lima, nos resíduos sólidos
que serão gerados a partir do processo produtivo está a
borra oleosa, que este relatório apresenta como medida
ambiental o co-processamento junto a outras indústrias
ou à disposição em aterros industriais. Neste relatório ainda está contemplado que, quando os resíduos sólidos
comuns e industriais não são convenientemente tratados
ou dispostos, constituem potenciais fontes de poluição e
que o principal impacto a ser observado será decorrente
do descumprimento do PGRS (Plano de Gerenciamento
de Resíduos Sólidos). O descarte inadequado destes resíduos provocará uma série de impactos ambientais relacionados com a contaminação do solo e águas superficiais e subterrâneas, além de riscos à saúde pública pelo
aumento na geração de vetores.
Por fim, conforme ficha de emergência da borra oleosa
demonstrada anteriormente e emitida pela Petrobras no
ano de 1993, o líquido borra de derivados de petróleo é
um líquido de cor escura inflamável em presença de fonte de ignição ou aquecimento, e seus recipientes podem
explodir com o calor do fogo e tem ponto de fulgor <
60°c; se em contato irrita a pele e os olhos, e quando sofre
aquecimento ou combustão liberam vapores e gases que
irritam as vias respiratórias. Essas, quando derramadas no
meio ambiente, contaminam cursos d’água tornando-os
impróprios para uso em qualquer finalidade, podendo
destruir a fauna e a flora do local do derrame. Quando
há o escoamento para a rede de esgotos pode criar riscos de fogo ou explosão, seus vapores são mais pesados
que o ar e esse produto é insolúvel em água. Em caso de
acidente, deverá conter o efluente, a fim de evitar escoamento para cursos d’água e esgotos; esse produto deve
ser absorvido em terra e o resíduo transferido para uma
caçamba, deve ser levado para área aberta e segura para
que a evaporação se realize, e os órgãos ambientais devem ser informados da ocorrência. O seu manuseio deve
ser realizado utilizando EPI (Equipamento de Proteção
Individual) adequado, tais como luvas impermeáveis do
tipo nitrílicas, óculos de segurança, máscara de segurança do tipo peça semi facial com cartucho químico que
proteja as vias aéreas contra inalação de vapores orgânicos e gases ácidos a fim de evitar intoxicação.
5 CONCLUSÕES
Os produtos químicos originados do processo industrial do petróleo podem impactar significativamente o
meio ambiente em caso de acidente, devido às suas características de formação e, sobretudo por serem insolúveis
em água, podendo agredir severamente o lençol freático
Ano 4 n. 1, p. xx-xx, abr./set.2015 ISSN 2316-6681
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ocasionando prejuízos incalculáveis para a zona atingida;
entre estes se encontra a borra oleosa de petróleo que
é um produto que tem em sua composição óleo, água,
metais pesados, óxidos e misturas de argila que variam
conforme a formação do solo do local explorado, sendo
que a variação do percentual de cada componente desta
mistura dependerá da amostra analisada. Por este ser um
agente com potencial para causar danos ao meio ambiente, esse resíduo é uma fonte inesgotável de estudos,
por se tratar de um produto nobre que pode ser reutilizado ou mesmo transformado em uma outra matéria,
sendo essas as formas mais adequadas do tratamento e
gerenciamento desse químico.
Uma vez havendo derramamento deste produto em
solos ou mesmo em águas, umas das alternativas viáveis
pode ser a bioremediação ou a fitoremediação, ou ainda o recolhimento do solo contaminado para tratamento em local adequado, usando produtos químicos, realizando a lixiviação do solo ou ainda fazendo a
biorremediação nas pilhas, usando bactérias indígenas
ou bactérias consumidoras de hidrocarbonetos. Já nas
águas, podem-se usar coagulantes químicos, para facilitar a retirada deste produto do meio contaminado, de
forma que existem muitos estudos acerca deste assunto e em busca de medidas alternativas para a solução
deste problema.
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PROJETO PARA UM SISTEMA DE
PROTEÇÃO CATÓDICA: AVALIAÇÃO DE
PARÂMETROS
DESIGN FOR A CATHODIC PROTECTION SYSTEM: ENDPOINTS
Almir Mariano de Sousa Junior
Engenheiro de Produção, Engenheiro de Segurança do Trabalho, Mestre em Engenharia de Petróleo e Gás Natural, Doutorando em
Ciência e Engenharia de Petróleo e Professor da Universidade Federal Rural do Semiárido. E-mail: [email protected]
Nayara de Freitas Paiva
Engenheira Mecânica - Universidade Federal Rural do Semiárido/UFERSA. Especialista em Engenharia de Petróleo e Gás natural
– UnP. E-mail: [email protected]
Fabrício José Nobrega Cavalcante
Universidade Federal Rural do Semiárido – UFERSA. E-mail: [email protected]
Manoel Mariano Neto da Silva
Graduando em Ciência e Tecnologia da Universidade Federal Rural do Semiárido / Campus Pau dos Ferros. E-mail: marianop.
[email protected]
Ano 4 n. 1, p. 43-49, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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Envio em: Junho de 2015
Aceite em: Julho de 2015
Resumo
Os problemas resultantes da corrosão são frequentes e atingem as mais diversas atividades do setor industrial,
caracterizando-se desse modo como um agravante no que se refere aos aspectos econômicos, uma vez que os gastos
e a quantidade de insumos necessários para substituir ou repor as instalações industriais e equipamentos atingidos
são muito elevados. Nesse contexto, este trabalho tem por finalidade projetar de um sistema de proteção catódica
para uma instalação de tubulações, utilizado para o transporte de fluidos de petróleo provenientes de campos
submarinos. Para a elaboração do projeto, admitiu-se uma tubulação de aço carbono com diâmetro de 06 polegadas
e comprimento de 300 metros revestida por um protetor convencional com eficiência inicial de 95% e final de 90%,
enterrada em solo com resistividade média em torno de 1.200 ohm×cm. A partir dos parâmetros e características,
foi possível montar o sistema de proteção catódica, no qual foi definido os valores referentes à corrente elétrica a
ser empregada, área total a ser revestida, massa de zinco necessária e o número de ânodos. Mediante aos estudos,
verificou-se que a proteção catódica é uma técnica eficiente no combate à corrosão em instalações de tubulações de
aço carbono enterradas, e apresenta fatores consideráveis para o projeto. Porém não é um método satisfatório para
projetos de pequeno porte e baixo custo.
Palavras-chave: Corrosão. Sistema de proteção catódica. Aço carbono. Zinco.
Abstract
Problems resulting from corrosion are frequent and strike the various activities in the industrial sector,
characterized thereby obtaining an aggravating with regard to the economic aspects, since the costs and the
amount of inputs necessary to replace or replenish the facilities and attained industrial equipment are very
high. In this context, this study aims to design a cathodic protection system for installation of pipes, used
to transport petroleum fluids from subsea fields. For the preparation of the project, a pipe carbon steel with
06 inches in diameter and length of 300 meters covered by a conventional protective of initial efficiency of
95% and final 90% was assumed, buried in soil with average resistivity around 1,200 ohms × cm. From the
parameters and characteristics, it was possible to mount the cathodic protection system in which defined the
values for the electrical current to be employed, total area to be covered, necessary zinc mass and the number
of anodes. Through the studies, it was found that the cathodic protection is an effective technique to combat
corrosion on carbon steel pipes buried facilities, presents considerable factors for design. But it is not a
satisfactory method for small projects and low cost.
Keywords: Corrosion. Cathodic protection system. Carbon steel. Zinc.
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Ano 4, n.1, p. 43-49, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
1- INTRODUÇÃO
Os problemas resultantes da corrosão são frequentes e atingem as mais diversas atividades vinculadas aos
setores industriais, caracterizando-se desse modo como
um agravante no que se refere aos aspectos econômicos
e ambientais, uma vez que os gastos e a quantidade de insumos necessários para substituir ou repor as instalações
industriais e equipamentos atingidos são muito elevados.
Assim, o termo corrosão está associado a um processo
espontâneo resultante da ação do meio sobre diversos
materiais, propiciando a deterioração e a redução da vida
útil de um material. Esta, por sua vez, pode se apresentar
como um desgaste total ou parcial de origem química,
eletroquímica ou eletrolítica.
No âmbito econômico, este processo desencadeia
elevados prejuízos em decorrência das perdas de investimentos. Mello (2011) destaca que 30% do material metálico produzido é direcionado à reposição ou reparos
provenientes da corrosão. Além disso, tal fenômeno é
responsável por ocasionar contaminações, induzir a exploração de matéria não renovável e assim, contribui
também para uma série de perdas sociais devido aos acidentes propiciados pelo processo corrosivo.
Dessa forma, a utilização de materiais e técnicas capazes de combater e resistir à corrosão por meio da
aplicação de processos metalúrgicos se apresenta como
métodos viáveis para retardar ou controlar o processo
corrosivo. Dentre eles, o uso de revestimentos protetores
e emprego de proteção catódica. Esses métodos têm
por finalidade eliminar por processos artificiais as áreas
anódicas da superfície metálica, evitando assim a diferença de potencial.
Tal fator apresenta significante importância, uma vez
que a ocorrência de áreas com potenciais diferentes aceleram o processo corrosivo e modificam a composição
química do metal, devido à inclusão de compostos não
metálicos. Outros aspectos diretamente vinculados à
deterioração dos materiais são as variações de tensões
decorrentes dos esforços mecânicos e a diferença de
concentração advindo dos processos de conformação ou
soldagem do material.
Para a escolha de um sistema de proteção catódica,
devem ser considerados tanto os aspectos técnicos quanto os econômicos. Assim, as características da estrutura
metálica a proteger e o meio onde esta será utilizada são
os fatores que mais influenciam na tomada de decisão.
Desse modo, este trabalho tem por objetivo elaborar um
projeto de um sistema de proteção catódica para uma instalação de tubulação de aço carbono de geometria cilíndrica, utilizada para o transporte de fluidos de petróleo e
derivados proveniente de campos submarinos.
2 CORROSÃO
A corrosão é uma problemática muito presente no
cotidiano, visto que todos os compostos metálicos, bem
como seus derivados estão propícios a se deteriorarem.
Assim, este fenômeno pode ser descrito como um processo espontâneo resultante da atuação do meio sobre
diversos materiais, proporcionando a deterioração e a
redução da vida útil. Conforme Guimaraes (2004), cientificamente, o termo corrosão é empregado afim de designar o processo de destruição total, parcial, superficial
ou estrutural dos materiais por um ataque eletroquímico,
químico ou eletrolítico. Com base nesta definição, podese classificar a corrosão em: eletroquímica, química e
eletrolítica.
A corrosão eletroquímica é um processo natural que
ocorre com muita frequência na natureza, esta tem como
característica principal a interação do material metálico
com um eletrólito que normalmente é um meio aquoso.
A partir dessas interações, ocorre a formação das pilhas
de corrosão e a degradação do material. Em relação à
corrosão química, esta se caracteriza como um ataque
direto de um agente químico sobre uma superfície ou
estrutura metálica, não há a necessidade da presença
de água e tampouco a migração de elétrons. Esse processo ocorre principalmente quando o meio corrosivo é
um meio ácido, onde além da degradação do material,
ocorre a formação de um produto resultante da oxidação na superfície. Já a corrosão eletrolítica, é um processo não-espontâneo que ocorre mediante a aplicação de
uma corrente elétrica.
Com base em Ferreira (2002), as formas de corrosão
podem ser apresentadas considerando-se a aparência ou
forma de ataque, bem como as diferentes causas da corrosão. Assim, pode-se estudar este fenômeno segundo a
morfologia e os mecanismos. Os principais tipo de corrosão provenientes da morfologia são: por placas, uniforme e puntiforme. Quanto aos tipos provenientes dos
mecanismos destacam-se a corrosão galvânica, em torno
do cordão de solda e a corrosão advinda das solicitações
mecânicas.
Além dos tipos de corrosão, é necessário destacar e
classificar os meios corrosivos. Estes podem ser dispostos de acordo com as características do ambiente. Assim,
podem ser classificados em rural, urbano, marinho e industrial, podendo ocorrer a combinação desses meios e a
formação de novos ambientes. O meio rural é caracterizado por ser um ambiente com pouca concentração de poluentes, o que o torna corrosivamente menos agressivo.
Quanto ao espaço urbano, este possui uma concentração
de poluentes atmosféricos significante, fator que vem a
contribuir para desencadear ou acelerar a corrosão. No
que se refere aos ambientes industriais, há uma concentAno 4 n. 1, p. 43-49, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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ração de sulfatos e outros derivados do enxofre, tais compostos são altamente corrosivos. Já o ambiente marinho
torna-se um agressor devido às altas concentrações de
sais e íons cloreto, estes aceleram o processo de corrosão
e consequentemente interferem negativamente na conservação dos materiais matérias metálicos.
Independentemente do meio ou da classificação, a
corrosão contribui para o surgimento de uma série de fatores com alto potencial danoso que interferem no bem
estar da sociedade, bem como na conservação dos recursos naturais. No âmbito econômico, este processo desencadeia prejuízos elevados em decorrência das perdas
de investimentos. Guimaraes (2004) destaca que 30% do
material metálico produzido é direcionado à reposição
ou reparos provenientes da corrosão. Além disso, tal
fenômeno é responsável por ocasionar contaminações,
induzir a exploração de matéria não renovável e assim,
contribui também para uma série de perdas sociais devido aos acidentes propiciados pelo processo corrosivo.
3 PROTEÇÃO CATÓDICA
Quando uma instalação metálica encontra-se enterrada ou submersa, existe sempre um fluxo de corrente
através do eletrólito, desde a área anódica até a catódica,
sendo que o retorno da corrente se processa por intermédio do circuito externo, o qual, no caso das tubulações
enterradas, é constituído pelos próprios tubos metálicos.
Quando a corrente deixa a área anódica e penetra no
eletrólito, produz uma reação eletroquímica na superfície. Essa reação envolve íons positivos do metal nas áreas
anódicas e os íons negativos existentes no eletrólito, resultando, como produto de corrosão, no composto do
metal. A corrente migra através do eletrólito e penetra na
área catódica, sendo que nessa região, os íons positivos
provenientes da solução são liberados, geralmente sob a
forma de hidrogênio atômico.
Frequentemente há o desprendimento de hidrogênio
gasoso, podendo ainda, através de reações secundárias,
haver a formação de outros compostos tais como hidroxilas, carbonatos e cloretos. Assim sendo, nas áreas catódicas, as reações não se processam com o material metálico
e sim com o eletrólito, razão pela qual existe ausência de
corrosão.
A formação de hidrogênio e outros compostos sobre a superfície do catodo é conhecida com o nome de
“polarização catódica”, fenômeno que tende a reduzir a
atividade da pilha de corrosão. Entretanto, agentes despolarizantes, tais como o oxigênio, combinam-se com o
hidrogênio, formando íons hidroxila ou água, o que mantém a atividade das pilhas de corrosão.
Em função dessas considerações, conclui-se que se
toda a superfície de uma instalação metálica, enterrada
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ou submersa, adquira comportamento catódico, a estrutura não sofrerá ataque corrosivo, ficando completamente protegida pela ação da “proteção catódica”. É possível realizar esse processo a partir de uma estrutura de
um fluxo de corrente de proteção, proveniente de uma
fonte externa, com uma intensidade tal que seja capaz
de anular as correntes de corrosão das diversas pilhas existentes na superfície metálica.
Segundo Gomes (1993), em Sistemas de proteção
catódica, para a proteção da estrutura com a máxima
economia são usados, com muita frequência, esquemas
mistos de proteção anticorrosiva, utilizando-se um revestimento de custo vantajoso, com boas qualidades isolantes, complementado com a instalação de um sistema
de proteção catódica, de custo bastante baixo, já que a
corrente de proteção a ser aplicada, agora, pode ser de
intensidade muito inferior.
4 METODOLOGIA
A presente pesquisa caracteriza-se como um estudo
qualitativo, no qual foi empregado o método dedutivo
para formular as hipóteses que posteriormente tornaramse base para os estudos. Conforme Gil (1999), o raciocínio
dedutivo busca explicar o conteúdo das premissas por intermédio de uma cadeia de raciocínio em ordem descendente, de uma análise do geral para o particular. Nesse
método, a partir das premissas já existentes, são formulados novos argumentos, denominados conclusões.
Para a elaboração do projeto, admitiu-se inicialmente
uma tubulação de aço carbono com diâmetro de 06 polegadas e comprimento de 300 metros revestida por um
protetor convencional, à base de piche de carvão, o qual
tem eficiência inicial de 95% e final de 90%, tendo como
finalidade formar uma barreira isolante entre o material
metálico e o eletrólito em atuação. A eficiência do protetor é medida através de testes de injeção de corrente e
a estrutura encontra-se enterrada em solo com resistividade média em torno de 1.200 ohm×cm.
Admitiu-se ainda que a estrutura a ser protegida seja
uma instalação metálica de pequeno porte, a qual exige
uma aplicação rápida, de baixo custo de instalação, e sem
movimento relativo entre a estrutura e o meio. Adotou-se
a proteção por ânodos galvânicos e o zinco foi utilizado
como material de fabricação para os ânodos galvânicos
implementados no sistema.
A escolha por esse material para o ânodo decorre das
propriedades características do zinco em relação ao solo
e sua ampla utilização como ânodo devido ao seu potencial de redução, que de acordo com a tabela de redução
pode ser descrito da seguinte forma, quando se trata de
reações entre ferro e zinco:
Sendo E, a voltagem produzida por cada semirreação
e Et, a voltagem total da reação de oxirredução.
Como o zinco é mais eletronegativo do que o ferro,
este irá atuar na formação de uma pilha galvânica ao
reagir com o ferro, reduzindo a possibilidade de a tubulação sofrer deteriorações pelo processo corrosivo. Considerou-se também que o ânodo de zinco deste sistema
faz uso de um enchimento condutor de gesso hidratado
e bentonita sem adição de sulfato de sódio à mistura,
visando evitar o contato direto do ânodo com o solo.
5 RESULTADOS
A partir dos parâmetros já definidos, foi possível determinar as características do sistema de proteção catódica.
As informações referentes às características estão dispostas na Tabela 1:
Tabela 1 – Características do Sistema
Capacidade da Corrente
740 h/Kg
Potencial medido em relação ao eletrodo de Cu
- 1,10 Volts
Eficiência do ânodo
Inicial – 95%
Final – 90%
Resistividade elétrica do enchimento condutor
250 Ohm.cm
Fonte: Autoria própria, 2015.b
A partir dessas características, é possível montar o
sistema de catódica mediante a definição dos valores
referentes à corrente elétrica, área total a ser revestida e
massa de zinco necessária.
A corrente necessária à proteção catódica é determinada pela equação 01:
Como a área da estrutura enterrada em contato com
o solo, a superfície externa, considerando um tubo de
geometria cilíndrica ao longo de 300 m e seu diâmetro
externo de aproximadamente 6,625” (168,2 mm = 0,1682
m), a área a ser revestida é dada pela equação 03:
Onde r equivale ao raio da circunferência e L está
associado à altura da tubulação. Ambos os valores são
apresentados em metros.
A densidade de corrente, para resistividade do solo
admitida em ρ= 1200 ohm.cm, e a partir da equação 03 é
possível obtê-la:
Ano 4 n. 1, p. 43-49, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
47
Com eficiência final do revestimento constituído por
um de esmalte de piche de carvão corresponde a e = 90%;
e o fator de correção da velocidade (F), admitindo que não
exista movimento relativo entre a estrutura e o eletrólito, F
= 1, a corrente é calculada a partir da equação 04:
O segundo passo é calcular a massa necessária de
ânodo para uma determinada vida, admitindo que a capacidade da corrente, de acordo com a tabela de propriedades dos ânodos galvânicos, é 740 A. h/Kg, um fator de
utilização do ânodo igual ao convencional e desejando
uma vida útil de 15 anos para o ânodo, pode-se obter o
valor da massa através da equação 05:
Desconsiderando o formato achatado, aplica-se
o ânodo de zinco considerando as características do
produto produzido pela Zincoliga, fabricante dos ânodos referido ao longo do trabalho, e seus padrões para o
ânodo do tipo ZL 490 apresenta uma massa líquida unitária, m = 48,5 Kg. Dessa forma, tem-se que o número de
ânodos, dado pela razão entre a Massa M total e a Massa
líquida unitária é aproximadamente 2228 ânodos.
Portanto, independentemente de qualquer avaliação que seja feita, percebe-se que o número de ânodos
é muito alto e, de certa forma, ultrapassa a quantidade
desejada para um sistema de proteção de baixo custo
quando se necessita proteger apenas 300 m de linha
de tubulação. Da mesma forma, seguindo relatos de experiência em sistemas de proteção catódica, a indicação
seria a utilização de uma quantidade de um ânodo para
cada 30/60 m² de estrutura, número que não atende aos
padrões do projeto analisado neste trabalho.
Segundo as considerações do fabricante, a corrente
liberada pelos ânodos equivale a 1,97. Logo, por este método, o número de ânodos é dado pela equação 06:
48
Ano 4, n.1, p. 43-49, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
No entanto, admitindo que o ânodo com referida
massa não fora ensacado com o enchimento condutor
apropriado, o qual consiste de uma mistura de gesso hidratado e bentonita com ou sem a adição de sulfato de
sódio necessário para aplicação da proteção galvânica
em instalações enterradas, sugere-se seguir o projeto
com o cálculo do número de anodos individuais. Esse cálculo decorre da equação 07, e pode ser feito dividindose a corrente total necessária pela corrente liberada por
cada anodo individual.
Onde ΔV é diferença de potencial disponível entre
o anodo e a estrutura polarizada em V, ele geralmente
assume valores como ΔV = 0,70 V, para ânodos de magnésio e ΔV = 0,25 V. para ânodos de zinco e alumínio; no
entanto, admitiremos ΔV = 0,32 V, que corresponde ao
valor determinado anteriormente de acordo com a tabela de potencial de oxirredução.
Seja R a resistência de contato anodo/eletrólito (ohm),
calculada por:
Logo, a corrente liberada por cada anodo individual é
dada pela equação 09:
Utilizando a equação 10 obtêm-se o número total de
ânodos:
Esse valor se encontra fora do padrão admitido inicialmente para o projeto, pois para serem eficientes, os
sistemas de proteção catódica precisam, geralmente, ser
trocados e ser inspecionados com uma certa frequência
e reparados sempre que necessário, de modo a manter
as tubulações ou estruturas permanentemente energizadas, com potenciais suficientemente negativos em
relação ao solo dentro dos limites de proteção catódica.
Fatores que incluem um custo elevado e só seria viável
para uma instalação de grande porte.
6 CONCLUSÃO
Mediante aos estudos realizados, verifica-se que a proteção catódica é uma técnica eficiente à proteção contra
corrosão; no entanto, em instalação de tubulações de aço
carbono enterradas, apresenta fatores consideráveis para
o projeto quando bem dimensionados e decorrentes de
um estudo das informações de campo e levantamento de
dados de medição e ocorrência, porém não satisfatórios
para projetos de pequeno porte e baixo custo.
A massa encontrada reserva uma vida útil suficiente
e muito superior à desejada no início do projeto. O que
implica dizer que seria uma aplicação eficiente, no entanto, representa uma grande desvantagem considerando o custo de inspeção e manutenção no sistema, pois
para serem eficientes, os sistemas de proteção catódica
precisam ser inspecionados com uma certa frequência
e reparados sempre que necessário, de modo a manter
as tubulações ou estruturas permanentemente energizadas, com potenciais suficientemente negativos em relação ao solo ou à água, dentro dos limites de proteção
catódica.
REFERÊNCIAS
GOMES, L. P. Sistemas de Proteção Catódica para Postos de Serviço. Encontro Técnico sobre Questões Ambientais em
Postos de Serviço. 1. Anais... CETESB – São Paulo, 1993.
HENRIQUES, C. C. D. 2008, Desafios na seleção de materiais na indústria do petróleo. Palestra apresentada no IX
Seminário Brasileiro do Aço Inoxidável. Disponível em: <http://www.nucleoinox.org.br/upfiles/arquivos/downloads/
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MELLO, Lívia da Silva. Estudo de corrosão localizada dos aços inoxidáveis em sistemas de resfriamento
industrial. Universidade Federal do Rio de Janeiro: Rio de Janeiro, 2011.
MOREIRA, F. M. S.; SIQUEIRA, J. O. Microbiologia e Bioquímica do Solo. 2.ed. UFLA, 729 p., 2006.
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Supermartensitic Stainless Steel, Brussels, Belgium, 1999.
SILVA, Aleksandra G.S.G; PONTE, Harold A.; PASHCHUK, Artem. Estudo da influência do hidrogênio permeado nas
propriedades eletroquímicas do Nb/Nb2o5 para o desenvolvimento de um sensor. Campinas: 4º PDPETRO, 2007.
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VALIDAÇÃO DE MODELO MATEMÁTICO
PARA ESTIMATIVA DE TÍTULO E
EFICIÊNCIA EM GERADORES DE VAPOR
PARA INJEÇÃO EM POÇOS DE PETRÓLEO
MATHEMATICAL MODEL FOR VALIDATION OF TITLE ESTIMATE AND
EFFICIENCY IN STEAM GENERATORS FOR INJECTION IN OIL WELLS
Valbério Gonzaga de Araújo
Professor no IFRN – MACAU. E-mail: [email protected]
Ano 4 n. 1, p. 51-61 out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
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Envio em: Junho de 2015
Aceite em: Junho de 2015
Resumo
A produção de petróleo em campos maduros e o aumento dos fatores de produtividade passam na maioria dos
casos pelo uso de sistemas de recuperação secundários ou terciários. A prática da injeção de vapor é um dos usos
mais comuns, visto seu efeito misto no aumento da pressão e diminuição da viscosidade dos fluidos constantes
nos reservatórios. Entretanto, esse tipo de processo aumenta o custo operacional, sobretudo pelo descontrole
das variáveis críticas do processo, a saber: eficiência e título do vapor. Assim sendo, Oliveira (2014) desenvolveu
um balanço térmico que culminou com uma proposta de um modelo conjugado para estimativa dos parâmetros
operacionais, a partir de medidas simples e diretas de pressão e temperatura nos equipamentos de geração de
vapor. Neste trabalho, objetiva-se validar os resultados desse modelo, mediante o comparativo com uma série
histórica de monitoração de quatro meses de um gerador de vapor convencional, de 25 milhões de BTU. Para isso,
foram coletados dados relativos a pressão, temperatura, vazão, título e eficiência térmica desse equipamento,
em operação numa unidade de processo de produção terrestre de petróleo, localizada no sudeste brasileiro.
Para a validação dos dados serão aplicados modelos estocásticos, mediante aplicação da metodologia Monte
Carlo, para obtenção do grau de significância estatística desses. Tendo-se ao nível de significância de 95% a
aprovação deste. Espera-se, com essa validação, que esse modelo possa ser incorporado nas rotinas de cálculos
dos controladores lógicos desses equipamentos, garantindo uma maior confiabilidade nos resultados advindos
das medidas indiretas de outros instrumentos.
Palavras-chave: Vapor. Título. Eficiência.
Abstract
Oil production in mature fields and increase productivity factors shall in most cases the use of secondary or
tertiary recovery systems. The practice of steam injection is one of the most common uses, as its mixed effect
on increasing the pressure and decreasing the viscosity of the fluid contained in the reservoirs. However, this
type of process increases operating costs, mainly by the lack of critical process variables, namely: efficiency
and title of steam. Therefore, Oliveira (2014) developed a heat balance that culminated with a proposal of
a model for combined estimate of operating parameters, from simple and direct measurements of pressure
and temperature in the steam generation equipment. In this work, we aim to validate the results of this
model, by comparison with a historical series of four-month monitoring of a conventional steam generator, 25
million BTU. For this, data on pressure, temperature, flow, capacity and thermal efficiency of this equipment
in operation on a unit of land oil production process, located in southeastern Brazil were collected. For data
validation, stochastic models will be applied, by applying the Monte Carlo method, for the degree of statistical
significance of these. It is hoped that this validation of this model can be embedded routines calculations
logic controllers such equipment, ensuring greater reliability for the coming of the indirect results of other
instruments.
Keywords: Steam. Title. Efficiency.
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Ano 4, n.1, p. 51-61, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
1- INTRODUÇÃO
O vapor de água tem sido usado como meio de geração, transporte e utilização de energia desde a era inicial
do desenvolvimento industrial. Pelo fato da água ser o
composto mais abundante da terra e ser de fácil obtenção com baixo custo, tem permitido o uso do vapor para
geração de energia. Na forma de vapor tem alto conteúdo
de energia por unidade de massa e volume. As relações
temperatura e pressão de saturação permitem utilização
como fonte de calor a temperaturas médias e de larga
utilização industrial com pressões de trabalho perfeitamente toleráveis pela tecnologia disponível, já há muito
tempo. Toda indústria de processo químico tem vapor
como principal fonte de aquecimento: reatores químicos,
trocadores de calor, evaporadores, secadores e inúmeros
processos e equipamentos térmicos. Mesmo outros
setores industriais, como metalúrgico, metal-mecânico,
eletrônica, etc., podem se utilizar de vapor como fonte
de aquecimentos de diversos processos.
Segundo Nogueira (2005), “O uso de vapor de água
como vetor de transporte de energia térmica traz grandes
vantagens, que explicam sua grande disseminação, pois
a água é uma substância facilmente disponível, pouco
agressiva quimicamente e com grande capacidade de
transportar energia”.
Na indústria do petróleo, o vapor tem sido largamente
utilizado não só como uma fonte geradora de energia,
mas principalmente como um dos métodos especiais de
extração de petróleo.
O Balanço Energético Nacional, com dados de 2002,
estimou preliminarmente que 54% da demanda total
de energia na indústria correspondendo a aproximadamente 20% da demanda total de energia do país, cerca
de 35 milhões de toneladas equivalentes de petróleo, estão associados ao vapor (NOGUEIRA, 2005).
No nosso planeta há reservas com cerca de 400 bilhões de barris de óleo pesado e areias betuminosas
que não são extraídas por métodos convencionais de
produção de petróleo (OLIVEIRA, 2014).
Do petróleo existente nos reservatórios, é possível
recuperar na prática, só uma fração deste, ficando a
maior parte do petróleo dentro da jazida. Isto devido
ao mecanismo ainda pouco eficiente de recuperação de
petróleo (BARILLAS, 2005). Por esse motivo, existe hoje
uma crescente aplicação dos métodos de recuperação
de petróleo.
Existem os métodos convencionais de recuperação
de petróleo, que consistem em técnicas para se manter a
produção de fluidos dos reservatórios mantida por meio
de injeção para dentro do poço de água, hidrocarbonetos
ou gás para sustentar a pressão dentro do reservatório
que permita o deslocamento dos fluidos para os poços
produtores.
Existem os métodos especiais de recuperação, que
consistem em técnicas que permitam aumentar a vida
útil do reservatório e é utilizado quando os métodos convencionais já não são mais recomendados. Segundo Barillas (2005), estes processos envolvem um agente externo
que pode ajudar a diminuir a viscosidade do petróleo,
melhorar os canais porosos, a diminuir a tensão interfacial entre os fluidos ou aumentar a mobilidade do óleo
que vai ser produzido, e pode abranger métodos térmicos (injeção de vapor ou combustão in situ), químicos,
(injeção de polímeros), miscíveis (injeção de CO2) ou microbiológicos.
Existem reservatórios com óleos pesados ou extrapesados que têm uma viscosidade muito alta. Para reservatórios contendo óleo com essa característica não se
recomenda a utilização de métodos convencionais de recuperação. Essa recomendação deve-se pelo fato da alta
viscosidade do óleo dificultar o movimento do óleo dentro do meio poroso deixando passar só o fluido injetado.
Um dos métodos especiais recomendados é os térmicos. Dentre eles, a injeção de vapor é o que mais se
destaca nas suas mais variadas formas. Essa técnica para
óleos pesados e viscosos facilita a exploração, sabendo
que para a sua extração é necessário aumentar a temperatura para que a viscosidade diminua e a vazão aumente.
A técnica de injeção de vapor pode ser realizada de
duas formas: cíclica ou contínua; sendo estas muitas vezes aplicadas de forma alternada no mesmo reservatório.
A injeção cíclica é realizada com muita frequência pelo
mesmo poço produtor, enquanto no geral, a injeção
contínua é aplicada em forma de malhas, com poços
injetores ao redor do poço produtor. As duas formas de
injeção têm a mesma influência física no reservatório,
quando o vapor entra em contato com o óleo, o calor
transferido proporciona uma diminuição na viscosidade
do óleo, aumentando sua fluidez e melhorando o escoamento do mesmo pelo reservatório até o poço produtor
(OLIVEIRA, 2014).
O vapor utilizado nas técnicas de injeção é produzido
por um equipamento chamado Gerador de Vapor (GV)
que funciona com uma pressão superior à atmosférica,
produzindo vapor a partir da energia térmica de uma
fonte qualquer.
O objetivo de um gerador de vapor consiste na transformação de água líquida em vapor, pela absorção de calor obtido a partir da queima de um combustível. Quando
o calor é fornecido a uma certa massa de água à pressão
constante, observa-se o aumento da temperatura da
água líquida até que se inicie o processo de vaporização. A partir deste ponto não é observada mudança de
temperatura até que a vaporização se complete, quando
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então, qualquer transferência de calor adicional implicará
no superaquecimento do vapor.
No gerador de vapor existem diversos instrumentos
que são usados para controlar o mesmo, e para obter um
maior rendimento térmico e com maior segurança. No
entanto, não existe um dispositivo capaz de quantificar
o rendimento desse gerador quando se altera as variáveis
envolvidas durante seu funcionamento.
O trabalho atual tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta (simulador) que através de um
modelo matemático seja capaz de quantificar os resultados de eficiência de um gerador de vapor. Para isso foi
desenvolvida uma ferramenta (simulador) que através de
um modelo matemático possa quantificar a eficiência e
estimar o título do vapor gerado em equipamentos fixos
de 50 MMBtu/h. Além de avaliar o modelo matemático desenvolvido por Oliveira (2014), para, a partir das
variáveis convencionais de processo (Pressão, Temperatura e Vazão), estimar os patamares de qualidade do vapor (título) e a eficiência energética do Gerador de Vapor,
estimar as condições de erros impostos pelo algoritmo, e
fazer o comparativo com uma campanha de geração de
vapor, em campos de petróleo da região produtora do
Espírito Santo.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
Esse trabalho é um estudo focado no desenvolvimento de um modelo matemático capaz de mensurar a
eficiência de um GV. A figura abaixo é um esquemático
de um gerador de vapor. Nela pode-se observar medidores de pressão, temperatura e vazão, que fazem parte
do elenco de variáveis comumente manipuladas e utilizadas para o controle operacional desses equipamentos.
No entanto, não há uma ferramenta que faça uso de um
modelo matemático que quantifique diretamente o rendimento desse gerador quando as variáveis sofrem alteração, principalmente pela forte dependência com propriedades físico-químicas e termodinâmicas envolvidas
nesses cenários.
Figura 1 - Esquemático de um Gerador de Vapor
Fonte: UNA Tecnologia Ltda.
54
Ano 4, n.1, p. 51-61, out.2015/mar.2016 ISSN 2316-6681
A primeira etapa consistiu no aprimoramento de um
modelo matemático para estudo dos diferentes resultados de eficiência quando se alteram algumas variáveis
envolvidas no processo de geração do vapor, como por
exemplo, PCI, vazão, pressão, e temperatura. Para isso foi
desenvolvido um simulador que é baseado em ambientação com o desenvolvimento em Excel. Com o desenvolvimento deste modelo tem-se o objetivo de mensurar
a eficiência energética de um gerador de vapor quando
submetido a diferentes condições de operação, auxiliando assim no dimensionamento e aplicação do mesmo.
Na segunda etapa foram coletados dados relativos à
pressão, temperatura, vazão, título, e eficiência térmica
desse equipamento, em operação numa unidade de
processo de produção terrestre de petróleo, localizada
no sudeste brasileiro. Para validação dos dados, foram
aplicados modelos estocásticos, mediante aplicação da
metodologia Monte Carlo, para obtenção do grau de
significância estatística desses. Espera-se com essa validação que esse modelo possa ser incorporado às rotinas
de cálculos dos controladores lógicos desses equipamentos, garantindo uma maior confiabilidade nos resultados
advindos das medidas indiretas de outros instrumentos.
Para esse estudo foi variado um título entre 0,6 e 0,9,
onde para cada valor calculado uma entalpia a partir do
SteamTab (Chemica Logic, 2003), além disso foi obtido um
valor de entalpia da fase vapor de 2796,6 kj/kg.
Para estabelecer a quantidade de Gás Natural que foi
consumido, considerou-se o valor do PCI do Gás Natural,
conforme Cartaxo (2006) onde define-se 38.690 kJ/kg.
O valor da densidade relativa do gás natural em
condições estabelecidas de 20ºC e 1atm, corresponde
a 0,76 Kg/m -3. De acordo com Felder e Rousseau (2005),
o valor utilizado da entalpia da água e do vapor saturado foi encontrado na literatura. A entalpia da água
liquida a 25°C é igual a 104,8 kJ.kg-1 e para o vapor
saturado a 17,9 MPa esse valor corresponde a 2517,78
kJ.kg-1. Com isso, foi feito a sua variação, chegando a
um valor de 2417,98 kJ/kg.
Para ser feito o estudo analítico do quanto de emissão
foi gerado com toda a queima de todo o petróleo produzido, utilizou-se os parâmetros para o gás natural. Segun-
do Szklo (2007), a produção de óleo combustível numa
refinaria de petróleo excede os 60% do volume potencial
de combustíveis a serem produzidos, desta forma, para
representar e estimar a geração de emissões considerouse tal combustível como referência para essa estimativa.
O modelo matemático adotado consistiu nas premissas e
metodologia descritas em Oliveira (2014).
A partir dos fluxos oriundos dos instrumentos instalados no gerador de vapor, é então possível a estimativa
das variáveis de título e eficiência térmica do sistema.
Sendo então desenvolvido o modelo para estimativa do
título e da eficiência a partir de variáveis diretas do controle de processo.
Essa rotina de cálculo foi submetida a testes, em três
atividades:
1) Comparativo dos resultados calculados pelo
modelo e os valores obtidos em 4 (quatro) meses de operação normal de um Gerador de Vapor;
2) Ajuste e calibração do modelo para melhorias
das discrepâncias observadas durante os 4 (quatro) meses de observações;
3) Teste do modelo em 5 (cinco) dias de operação em um gerador de vapor com capacidade de 50
MMBtu/h, instalado no campo de Fazenda Alegre no Espírito Santo.
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 ACOMPANHAMENTO OPERACIONAL
Durante os 4 (quatro) meses da operação de um gerador de vapor foram observadas as principais variáveis
monitoradas no painel de controle deste. A interface para
obtenção dos dados foi realizada pelo software PI (Plant
Information) para intervalo regulares de tempo para 5
minutos de operação.
Em linhas gerais, os resultados da monitoração foram
tratados estatisticamente para analisar os elementos
para alimentação dos modelos matemáticos a serem
considerados para as rotinas do cálculo nos geradores.
Os resultados obtidos conforme a metodologia proposta
por Calado (2005), utilizando-se o software Statistica 8.0.
Tabela 1 - Resumo Estatístico dos Dados Obtidos
Fonte: Autor (2015)
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55
Dos resultados obtidos pôde-se observar uma ocorrência de baixos desvios padrões e um cenário muito
próximo a uma curva de distribuição normal, visto que
a assimetria (0 a 2) e os índices de curtose (0 a 10) foram
aceitáveis, com exceção para a temperatura do vapor, que
é mais sensível às flutuações das condições de operação.
Os valores médios e as faixas com dois desvios padrões
foram consideradas as faixas mais adequadas para o uso
do modelo, pois a sua calibração ocorreu nesse formato,
seguindo orientações para controle estatístico de processos, conforme recomenda Bueno (2010).
3.2 VALIDAÇÃO DO MODELO
Seguindo essas premissas e o conjunto de equações
de (1) a (17), foram calculados os valores do título e do
rendimento. Esses valores foram então comparados aos
valores reais observados nas rotinas de monitoração do
próprio equipamento. Esses resultados foram comparados e utilizados para calibração do modelo. Na Figura 2
são apresentados os dados comparativos no gráfico, entre os valores reais e os valores calculados.
Figura 2 - Comparativo entre os valores calculados e reais para o título.
Fonte: Autor (2015)
Os desvios observados na nuvem de pontos remetem a uma correlação pífia de 6% de ajuste linear. As
principais razões deram-se pela influência da intensa
quantidade de água em pontos de baixo título, temperaturas de vapor com falhas de medição (em função
da fase líquida) e a ocorrência de distúrbios nas medidas de pressão. Sendo assim, fez-se necessário uma
calibração no modelo, com os expurgos e correções
desses valores.
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Para tal, foi implantado um modelo no software Excel, em que foi realizado um filtro em todas as variáveis
num limite de dois desvios padrões em todas as variáveis
utilizadas para o cálculo. O modelo calibrado foi novamente plotado e obteve-se a Figura 3, onde se tem um
aumento do ajuste para 99%. Esse modelo final, com os
ajustes dos fatores de forma e atualização dos dados,
seguiu para os testes em campo no gerador de vapor. O
erro estimado foi de 4,07%.
Figura 3 - Comparativo entre os valores calculados e reais para o título.
Fonte: Autor (2015)
O mesmo ajuste foi realizado para os valores de rendimento energético do equipamento.
O modelo calibrado foi implementado em um gerador de vapor instalado no campo de Fazenda Alegre
no Espírito Santo, sem a eliminação do modelo atual de
monitoração implantado. Nesse formato foram coletados
dados em cinco dias de operação contínua. Os resultados
comparativos são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 - Resumo Estatístico dos Dados Obtidos
Fonte: Autor (2015)
Observa-se que as médias entre os modelos sugeridos
e os existentes são praticamente iguais. Durante a fase de
testes houve uma grande flutuabilidade das variáveis, com
desvios superiores a 30%, o que garante a robustez das faixas
analisadas e range de aplicação do modelo. Sanchez (2008)
recomenda para medições em sistemas de geração de vapor
uma faixa de 20%, ou seja, a proposta do presente trabalho
agrega uma maior confiabilidade à técnica de medições.
Os resultados comparativos do novo modelo ao implementado atualmente nos Geradores de Vapor podem
ser observados nas Figuras 4 e 5, tendo-se regressões
com coeficientes de determinação superiores a 99%, o
que para Calado (2005) são plenamente satisfatórios e
recomendados para algo dessa natureza.
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Figura 4 - Comparativo entre os valores calculados e reais para o título.
Fonte: Autor (2015)
Figura 5 - Comparativo entre os valores calculados e reais para o rendimento.
Fonte: Autor (2015)
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Pelas figuras 4 e 5, observam-se erros inferiores a 3,4%,
o que valida o modelo sugerido como uma alternativa
para a implantação nos Geradores de Vapor.
3.3 AVALIAÇÃO ECONÔMICA
A proposta de implantação do modelo de cálculo
utilizando das variáveis de processos já existentes
permite uma economia no custo de investimento nos
geradores de vapor, visto que há uma redução no
número de placas de orifícios, estrutura da automação
e elementos lógicos para a determinação dos valores
físicos no formato atual.
Diante desse caso, foi analisado o impacto econômico
entre os modelos existentes e os validados nesse trabalho. Na figura 6 é apresentado um esquema comparativo.
Figura 6 - Comparativo econômico entre os modelos analisados.
Fonte: Autor (2015)
Os resultados econômicos demonstram que, para
cada gerador de vapor, quando implantado do mecanismo de utilização e cálculo pelo modelo de Oliveira (2014)
reduzem R$ 108.000,00 no investimento do equipamento. Considerando que o levantamento foi realizado a um
valor de 1 dólar a proporção a 3 reais. Tem-se que uma
economia de cerca de U$ 36 mil por equipamento.
Fazendo uma extrapolação ao número de Geradores
de Vapor autorizados ao funcionamento no Brasil, conforme levantamento realizado no sítio da Agência Nacio-
nal de Petróleo, Combustíveis e Biocombustíveis (ANP),
ANP (2015), obteve-se o gráfico apresentado na figura
7. Ou seja, estima-se que se teria uma economia de R$
8 milhões caso esses equipamentos, ao invés do uso do
modelo atual, tivesse adotado o modelo proposto por
Oliveira (2014). Logicamente, com os equipamentos já
instalados e em operação, não é recomendada a modificação, no entanto, a adoção em modelos futuros tornase uma alternativa para a proposta desenvolvida nesse
trabalho.
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Figura 7 - Comparativo econômico entre os modelos analisados.
Fonte: Autor (2015)
4 CONCLUSÕES
Com base nos resultados obtidos foi possível concluir que:
Foi desenvolvida uma ferramenta que combinada ao
painel de controle do gerador de vapor mostrou-se ser
um dispositivo capaz de calcular os valores das eficiências com excelentes valores de precisão, podendo ser
implementado para as telas de supervisórios ou telas de
controle operacional para os equipamentos de geração
de vapor.
Utilizando-se da ferramenta desenvolvida e provocando alterações nas variáveis envolvidas nos processos
de geração de vapor foi possível desenvolver um mecanismo para o cálculo das eficiências e títulos do vapor produzidos por um gerador de vapor, podendo ser
implementado em simuladores dinâmicos ou para cálculos para apresentação direta nos sistemas supervisórios
desses equipamentos.
Foi possível desenvolver um algoritmo de cálculo
para analisar os níveis do título produzidos e da eficiência
térmica da geração do vapor, por meio da modelagem
com os dados dos instrumentos convencionais adotados esse equipamento, combinados as estimativas para
as emissões atmosféricas produzidas. Sendo uma ferramenta de controle ambiental, sem a necessidade de investimentos robustos na aquisição de sensores ou analisadores online para determinação desses parâmetros de
processos.
O algoritmo permite economias consideráveis em instrumentos para atendimento ao critério de cálculo do título e rendimento, quando comparado ao modelo atual.
Com o auxílio dessa ferramenta, o gerador de vapor
pode ser otimizado para direcionamento para patamares
de vapores de melhor qualidade, ou seja, de maior título,
que utilizado nos processos de recuperação de petróleo
provocam um crescimento na produção do mesmo.
Estima-se em R$ 8 milhões a economia que poderia
ter sido realizada, nos campos brasileiros caso houvesse a
adoção do novo algoritmo. Desconsiderando a manutenção dos instrumentos, essa análise apenas no custo do
investimento.
REFERÊNCIAS
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Rio de Janeiro, 2015.
AZIZ K., RAMESH A. B., WOO P. T., Fourth SPE Comparative Solution Project: Comparison of Steam Injection
Simulators, SPE, 13510, 1987.
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em Poços Horizontais. 2005. 183 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia,
Departamento de Engenharia Química, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Universidade Federal
do Rio Grande do Norte, Natal.
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CALADO, V. Planejamento de experimentos usando o statistica. E-papers. 2005.
JERÔNIMO, C. E. M.; SOUZA, T. T. C. de. Estudo da viabilidade econômica da injeção de vapor para recuperação de
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gases de efeito estufa pela mudança da matriz energética em uma refinaria de petróleo. Runpetro, Natal, v. 1, n. 1,
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OLIVEIRA, E. V. Modelo matemático da eficiência e geração de emissões de gases de efeito estufa de um gerador
de vapor (GV). Dissertação de Mestrado, UNP. 2014.
SANCHEZ, A. et al. Co-production of ethanol, hydrogen and biogas using agro-wastes. Conceptual plant design and
NPV analysis for mid-size agricultural sectors. Computer Aided Chemical Engineering, Volume 29, 2011, Pages 18841888.
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Petróleo e Gás – IBP, 3, Salvador, 2004
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NORMAS DE PUBLICAÇÃO
NORMAS EDITORAIS
Os artigos submetidos à apreciação da RUnPetro devem ser inéditos e não devem estar em processo de avaliação em
nenhuma outra publicação. As contribuições para a revista serão de fluxo contínuo, não havendo data limite para a
submissão de artigos.
SOBRE O ENVIO DO TERMO DE AUTORIZAÇÃO DE REPRODUÇÃO/PUBLICAÇÃO DE OBRA E CESSÃO DE DIREITOS
PATRIMONIAIS:
O(s) autor(es) está (ão) ciente (s) da obrigatoriedade do envio do documento, devidamente preenchido e assinado
pelo (s) autor (es) e por uma testemunha. O termo deve ser encaminhado em PDF, no ambiente de transferência de
documentos suplementares (Passo 4 no processo de submissão no repositório científico). OBS: Apesar do texto explicativo referente ao passo 4 indicar que o processo é opcional, para o envio do Termo de Autorização de Reprodução/
Publicação de Obra e Cessão de Direitos Patrimoniais o procedimento se torna obrigatório. Portanto, o passo 4 é
opcional no processo de submissão apenas para documentos suplementares que funcionam como um apêndice ao
manuscrito, com o objetivo de auxiliar na compreensão e avaliação da submissão. O Termo de Autorização de Reprodução/Publicação de Obra e Cessão de Direitos Patrimoniais encontra-se disponível na barra de navegação (menu
superior da página do repositório científico da UnP).
g
DA SUBMISSÃO DE ARTIGOS
Devem ser submetidos por meio de repositório científico da UnP pelo endereço https://repositorio.unp.br ou https://
repositorio.unp.br/index.php/runpetro/user/register. Para isso, o(s) autor (res) deve (m) se cadastrar na revista e seguir
os 5 passos da submissão. O artigo não deve conter o nome do (s) autor (es) e co-autor (es), instituições de vínculo
e e-mail. Essas informações serão inseridas apenas no sistema do repositório científico UnP, em virtude da avaliação
adotar o sistema blind review (avaliação a cegas).
g
DO PROCESSO DE AVALIAÇÃO
Os textos são avaliados em duas etapas, segundo os critérios de originalidade, relevância do tema, consistência teórica/metodológica e contribuição para o conhecimento na área.
1 – Realização de uma análise prévia pelo editor da revista para verificar se o texto se enquadra dentro das linhas
editoriais da mesma.
2 – Envio do texto para, no mínimo, dois avaliadores que, utilizando o sistema blind review, procederão à análise. Depois de aprovado, o texto passará por aconselhamento editorial, revisão ortográfica e gramatical. Após a análise do artigo, os autores são notificados sobre a decisão dos avaliadores. O resultado da decisão poderá ser de quatro formas:
a) Aceito sem revisões (ou mínimas revisões)
b) Aceito com revisão
c) Sugestão de ressubmissão (onde terá um novo parecer)
d) Rejeitado. Caso dois avaliadores rejeitarem-no, o autor será informado. Se tiver um aceite e uma rejeição, será
encaminhado para um terceiro avaliador. Se o aceite for com alterações, os editores avaliarão se as alterações foram
efetivadas satisfatoriamente ou se deverá ser revisto pelo (s) avaliador (es).
3 – Caso os revisores apresentem questionamentos, o artigo será devolvido para que os autores, através de uma carta
resposta, possam pontuar cada item levantado por cada revisor, aceitando ou refutando as sugestões. Em caso de
aceitação destas sugestões provenientes do processo revisional do artigo, fica a cargo dos autores a adequação do
texto utilizando a ferramenta de revisão do word (ou similar).
g
Os editores e avaliadores se reservam o direito de propor alterações nos originais, buscando manter a qualidade
da publicação. Definições, conceitos, afirmações e opiniões expressados nos textos são de inteira responsabilidade
dos autores. Ao submeterem o texto para a Revista RunPetro, o (s) autor (es) está (ão) aceitando as normas aqui expressas, bem como na autorização da publicação dos textos.
g
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DIREITOS AUTORAIS E PATRIMONIAIS
Não haverá pagamento a título de direitos autorais ou qualquer outra remuneração em espécie pela publicação de
trabalhos na Revista. O(s) autor(es) cede(m) total, definitiva, exclusiva, irretratável e irrevogavelmente os direitos patrimoniais do texto/obra aceito para publicação na Revista RunPetro à APEC – Sociedade Potiguar de Educação e
Cultura Ltda., inscrita no CNPJ/MF sob o nº 08.480.071/0001-40, com sede social na Avenida Floriano Peixoto, 295,
Petrópolis, CEP 59.072-520, Natal/RN, mantenedora da Universidade Potiguar – UnP, assim como à Rede Internacional
de Universidades Laureate Ltda., e respectivas afiliadas, inscrita no CNPJ/MF sob o nº 07.728.655/0001-20, com sede
na cidade de São Paulo/SP, na Rua Bela Cintra, 1.200,0 Conjuntos 51,52, 53 e 54, 5ª andar, Consolação, CEP 01415-001,
conferindo-lhes o direito de reprodução, a partir da referida Revista, e em quaisquer de suas edições, no Repositório
Científico da Universidade Potiguar - UnP ou em quaisquer outras plataformas, base de dados e/ou meios de divulgação/disseminação do conteúdo, existentes ou que venham a ser inventados, nacionais ou estrangeiros, a título gratuito ou oneroso, nos quais venha a Revista a ser disponibilizada, cabendo-lhes, para tanto, as faculdades de edição,
adaptação, revisão, publicação, transmissão ou retransmissão, comunicação ao público e distribuição, impressa e ou
digitalmente, e licença ou relicenciamento, podendo, ainda, ceder e ou substabelecer, com ou sem reservas, e a que
título for, os direitos ora cedidos, sem prejuízos de eventuais outras outorgas.
Ao submeterem seus textos, o (s) autor (es) concede (m) a todos os usuários do Repositório Científico da Universidade
Potiguar o acesso livre a sua obra.
g
NORMAS TÉCNICAS
Os artigos devem ser apresentados observando-se as seguintes características técnicas:
g A ordem de apresentação dos itens deverá observar a NBR 6022 de 2003 (título, autoria, resumo, palavras chaves, texto, referências, apêndice, anexo, tradução do resumo).
g Formatação:
Papel: A-4 (21,0 cm x 29,7 cm);
g Formato de texto: Word (DOC) ou RTF;
g Margens: superior e esquerda de 3 cm, inferior e direita de 2 cm;
g Fonte: Times New Roman;
g Tamanho: 12;
g Parágrafo: espaçamento anterior: 0, posterior: 0 pontos, entre linhas: 1,5, justificado;
g Número total de páginas do texto: 12 páginas incluindo texto, ilustrações e referências;
g Título do artigo com até 10 palavras, centralizado, em letras maiúsculas e negrito, nos idiomas português e inglês ou inglês e português ou espanhol e português;
g Resumo e abstract: Entre 100 e 250 palavras. Deverá ressaltar o objetivo, a metodologia, os resultados e as conclusões.
g Palavras chaves em português e inglês/espanhol: de três a cinco;
g Citações: seguir NBR 10520 de 2002 da ABNT e adotar o sistema autor/data;
g Diagramas, quadros e tabelas devem ser apresentados com títulos e fontes completas;
g Referências: apenas aquelas citadas no corpo do trabalho e deverão ser apresentadas no final do texto, em ordem alfabética, observando-se a NBR 6023 de 2002 da ABNT;
g Notas de rodapé devem ser de natureza explicativa e reduzidas ao máximo;
g Informações complementares: em arquivo separado.
ENDEREÇO DA REVISTA
O email para contato é [email protected], não sendo este o endereço de submissão de textos para a revista.
RECOMENDAÇÕES
Solicitamos que o (s) autor (res) faça (m) uma verificação quanto às normas solicitadas, verifique (m) se todos os autores citados constam na lista de referências ao fim do trabalho e zele (m) para que seja encaminhado o Termo de
Autorização de Reprodução/Publicação de Obra e Cessão de Direitos Patrimoniais.
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