programa de recursos humanos da agencia nacional de petrÓleo para o setor petrÓleo e gÁs...
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PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA
AGENCIA NACIONAL DE PETRÓLEO PARA O
SETOR PETRÓLEO E GÁS PRH–ANP/MME/MCT
Tema: Sistemas Mecânicos aplicados
ao tratamento de emulsões na
indústria do petróleo.
Autor: Gustavo Cristovão Siqueira
Orientador: Prof. Marcos Aurélio de Souza
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Objetivo da pesquisa
Analisar o escoamento e comparar os
resultados da separação da emulsão no
separador óleo/água montado no laboratório da
Mecânica.
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Introdução
Nesta pesquisa será analisado o método
de tratamento gravitacional, sendo dividido em
duas partes:
• estudo teórico sobre emulsão e
equipamentos;
• e testes com um separador gravitacional.
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Teoria da emulsão
Emulsão é um sistema
líquido heterogêneo consistindo de
dois líquidos imiscíveis com um dos
líquidos intimamente disperso na
forma de gotículas no outro líquido.
Quando a água forma uma
emulsão estável com o óleo e não
pode ser removida em tanques de
armazenamento convencionais,
deve se utilizar os métodos de
tratamento de emulsão.
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Métodos utilizados no tratamento de emulsão
Três passos básicos são requeridos para separação de
emulsão óleo/água em duas fases distintas, tais como:
• Desestabilização do agente emulsificante. Geralmente feito
adicionando calor ou química na mistura.
• Após a quebra das películas, as gotículas começam a
coalecer. Agitação moderada ou aplicação de campo elétrico
auxiliam este processo.
• Certo tempo em repouso as gotas coalesceram, a partir da
diferença de densidade entre as fases, os líquidos começam a
se separar.
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Equipamentos utilizados no tratamento
da emulsão de petróleo
A característica da emulsão a ser tratada deve ser
entendida antes do sistema de tratamento ser selecionado.
Os equipamentos existentes no mercado para
tratamento de fluido são:
• Separador gravitacional;
• Tratador de emulsão vertical e horizontal;
• Hidrociclone;
• Centrífuga;
• Tratador de emulsão eletrostático;
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Separador gravitacional óleo/água
O fluido é levado ao
tanque de decantação,
onde ficará armazenado
por um certo tempo. Por
diferença de densidade os
fluidos irão se separar.
Aquecimento e adição de
agentes químicos auxiliam
a separação.
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Teste no separador gravitacional - Descrição do Projeto
O separador gravitacional foi desenvolvido
para visualizar o comportamento da emulsão
durante todo o percurso desta.
Todas as amostras coletadas serão levadas a
um aparelho que realiza a medida do tamanho das
gotas pelo princípio do espalhamento da luz laser
(marca Malvern, modelo mastersize).
Os valores obtidos serão comparados com os
valores do diâmetro crítico para cada ensaio.
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Descrição do separador
O separador gravitacional foi desenvolvido para
visualizar o comportamento da emulsão durante todo o
percurso desta.
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Foto do separador
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Foto do separador
Na foto abaixo pode se notar os vórtices no escoamento
causados na entrada do separador. A turbulência se propagou por
todo o escoamento até que no final torna se laminar, permitindo a
separação do óleo, no tamanho de gota previsto em projeto.
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Formulação teórica de Plat
Robert Plat desenvolveu formulas que a partir da vazão
(Q) e outras variáveis pode se determinar um diâmetro máximo
que o separador consegue separar, também conhecido como
diâmetro crítico. A formula é a seguinte:
gLW
QD
OW
wc
18
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Análise das amostras
Resultados obtidos no 1º ensaio:
P artic le D iam e te r (µ m .)
V o lum e (% )
0
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 .1 1 .0 10 .0 100 .0 1000 .0
P a rtic le D ia m e te r (µ m .)
V o lu m e (% )
0
1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
0 .1 1 .0 1 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 0 .0
Entrada Saída
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Análise das amostras
Resultado obtido na entrada do 1º ensaio modificada com o
diâmetro crítico da formula de Plat:
P artic le D iam e te r (µ m .)
V o lum e (% )
0
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 .1 1 .0 10 .0 100 .0 1000 .0
Entrada Entrada modificada com diâmetro
crítico = 23,16 μm
P a rtic le D ia m e te r (µ m .)
V o lu m e (% )
0
1 0
2 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
0 .1 1 .0 1 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 0 .0
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Análise das amostras
Após análise no equipamento, pode se observar os resultados obtidos.
1º ensaio:Diâmetro médio das gotas de entrada
P artic le D iam e te r (µ m .)
%
0
10
20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 .1 1 .0 10 .0 100 .0 1000 .0
sa ida -2
en t-1
Dcent = 23,16 μm
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Análise das amostras
2º ensaio:Diâmetro médio das gotas de entrada
P artic le D iam e te r (µ m .)
%
0
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 .1 1 .0 10 .0 100 .0 1000 .0
sa ida -6
en t-3
Dcent = 25,23 μm
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Análise das amostras
3º ensaio:Diâmetro médio das gotas de entrada
P a rtic le D ia m e te r (µ m .)
%
0
1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
0 .1 1 .0 1 0 .0 1 0 0 .0 1 0 0 0 .0
sa id a -9
e n t-1 1
Dcent = 19,07 μm
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ConclusãoEsta pesquisa permitiu um melhor entendimento sobre o
problema da separação da emulsão enfrentado pela indústria do
petróleo por todos estes anos.
Com os resultados obtidos em análise no aparelho Malvern e
com o diâmetro crítico, pode se concluir que:
• houver uma redução dos diâmetros na saída do separador em
comparação com a entrada;
• os valores dos diâmetros na saída e na entrada modificada são
aproximados;
• a variação dos diâmetros na saída do separador é devido ao
coalescimento das gotas próximo a saída e/ou no momento da
coleta das amostras.