Aquecimento eletromagnético aplicado à recuperação avançada de óleo e ao armazenamento de energia limpa
| Ano de defesa: | 2022 |
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| Autor(a) principal: |
Almeida, Samuel Oliveira de
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| Orientador(a): |
Chapiro, Grigori
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| Banca de defesa: |
Zitha, Pacelli Lídio José
,
Marchesin, Dan
,
Abreu, Eduardo de
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
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| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
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| Departamento: |
ICE – Instituto de Ciências Exatas
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| País: |
Brasil
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| Palavras-chave em Português: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2022/00026 https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14222 |
Resumo: | A injeção de água combinada ao aquecimento eletromagnético (EM) usando microondas tem um grande potencial para recuperação de óleo pesado. A energia radiante eletromagnética é absorvida pela água e convertida em calor perto do emissor. O calor é transmitido para a fase oleosa enquanto é transportado pelo meio poroso. Sob essa premissa, foi desenvolvido um modelo matemático para o problema referenciado. O modelo é resolvido numericamente usando um algoritmo escalonado, que une o Método de Elementos Finitos aplicados a uma formulação de Galerkin estabilizada com mínimos quadrados (GLS-FEM) e o Método dos Volumes Finitos de Kurganov-Tadmor (KT-FVM). Resultados numéricos foram obtidos para diferentes tipos de óleo. Para os valores dos parâmetros considerados, a técnica de aquecimento incrementa a produção de óleo em até 56% após uma injeção de 24 meses. Este incremento é inversamente proporcional ao grau API dos óleos (diretamente proporcional à viscosidade). A implementação foi validada comparando os resultados computacionais com a solução analítica do modelo simplificado, a partir da teoria das Leis de Conservação e a teoria de Sturm-Liouville. Um teste de convergência simples também foi realizada endossando nossa abordagem numérica. As abordagens analíticas e numéricas foram obtidas considerando uma geometria bidimensional com dois poços horizontais paralelos. O perfil de temperatura obtido através da solução analítica do modelo simplificado é próximo ao obtido por simulações (menor que 1, 9% de erro relativo). Por outro lado, o aquecimento EM combinado à injeção de água é um método emergente para armazenar energia renovável, como energia solar fotovoltaica e eólica, em aquíferos. Investigamos como a energia capturada aumenta a temperatura de um aquífero profundo por um período de 6 meses, até o ponto da energia armazenada poder ser recuperada durante os 6 meses consecutivos. A água injetada a uma taxa de fluxo constante é aquecida simultaneamente; usando um emissor de micro-ondas de alta frequência, operando com ressonância natural da água de 2,45 GHz. O fluxo do reservatório acoplado ao aquecimento EM é descrito usando as equações de balanço de energia e de Darcy e inclui o termo fonte que explica a propagação e absorção da onda EM, modelado separadamente usando as equações de Maxwell. As equações são resolvidas numericamente pelo Método GLS-FEM. A abordagem foi validada usando dados de entrada de aquecimento EM obtidos de experimentos controlados de laboratório. Após 6 anos de armazenamento e recuperação alternados, até 77% da energia injetada é recuperada quando perdas de calor realistas são estimadas. Mesmo quando as perdas de calor são aumentadas por um fator de dois, até 69% da energia injetada é recuperada neste caso. Isso mostra que, o aquecimento EM de fundo de poço é um método altamente eficaz de armazenamento de energias renováveis, capaz de ajudar a resolver sua intermitência inerente. |