Estudo microscópico e macroscópico da utilização de ultrassom para quebra de emulsões de água e óleo.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Giraldo Atehortua, Carlos Mario
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Atuadores piezelétricos; Piezoelectric actuators; Processo de separação; Separation process; Ultrasound; Ultrassom
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-08062022-074535/

As emulsões de água em óleo cru geradas no processo de extração de petróleo possuem um filme interfacial que encapsula as gotas de água. Esse filme, constituído em parte por asfaltenos e/ou resinas, gera impermeabilidade entre as gotículas evitando a sua coalescência espontânea e, produzindo emulsões altamente estáveis. Para recuperar esse óleo emulsionado, existe um estágio denominado processamento primário no qual visa atingir as especificações técnicas referentes à máxima quantidade de água permitida no óleo para, então, poder ser encaminhado à refinaria. Em tal estágio, são empregadas diversas técnicas para realizar a recuperação do óleo, algumas com limitantes operacionais, e geralmente faz-se necessária a adição de desemulsificante químico para reduzir a estabilidade da emulsão. A utilização da tecnologia de ondas estacionárias de ultrassom em altas frequências, em torno de 1 MHz, poderia ser empregada neste estágio para realizar a quebra de emulsões assistida acusticamente. Com o objetivo de melhor compreender o processo de separação assistido acusticamente, foram realizados estudos microscópicos e macroscópicos na separação de emulsões. Na etapa microscópica são apresentadas simulações do comportamento de uma partícula em um canal deslocada pela força de radiação acústica e do aprisionamento e manipulação de partículas, segundo o fator de contraste, mediante a alteração da fase da tensão elétrica de excitação de um transdutor piezelétrico. Igualmente é apresentada a fabricação de duas células ultrassônica de alta frequência (2 e 4 MHz) para manipulação de partículas em duas dimensões. Em tais células, foi observado o aprisionamento de partículas de uma suspensão de amido de milho, a coalescência e a trajetória de gotas de petróleo quando submetidas a um campo acústico estacionário. Além disso, a simulação e representação com imagens, obtidas em experimentos de laboratório, do potencial de radiação e da força de radiação acústica secundária para duas gotas de óleo, imersas em um campo acústico estacionário em água, são apresentados. A caracterização de emulsões sintéticas de água em óleo segundo o tamanho e a distribuição das gotas de água também é apresentada. Já na etapa macroscópica, é apresentada a separação de emulsões sintéticas de água em óleo empregando uma célula de coalescência com a geração de onda estacionária, além de testes de variação da amplitude da condutância elétrica e da frequência para os picos das ressonâncias de uma célula de separação acústica em função da temperatura. Também é apresentada a simulação e comparação com observações experimentais, em laboratório, da pressão de radiação acústica. Além disso, é apresentada no apêndice uma análise preliminar da eficiência da separação acusticamente assistida de emulsões sintéticas de água em óleo usando células de ultrassom de baixa frequência, entre 20 e 60 kHz, em função da quantidade de desemulsificante, o tempo de residência, a potência excitação aplicada e o teor de água inicial da emulsão.