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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Cinética de aquecimento e secagem, propriedades dielétricas e simulação computacional aplicado ao tratamento de cascalho de perfuração por microondas
Author: Rossi, Arley Silva
First Advisor: Ataíde, Carlos Henrique
First member of the Committee: Pereira, Marina Seixas
Second member of the Committee: Duarte, Claudio Roberto
Third member of the Committee: Morais, Anderson dos Santos
Fourth member of the Committee: Fernandes, Nilson José
Summary: Cascalhos provenientes do processo de escavação e contaminados com fluidos de perfuração não aquosos são rejeitos da indústria do petróleo e tem ganhado bastante atenção, uma vez que as leis ambientais que controlam o seu descarte estão cada vez mais rigorosas. O aquecimento e a secagem por microondas, para promover a remoção desses contaminantes, tem sido estudado ao longo dos últimos anos e tem se mostrado uma tecnologia promissora. A cinética de aquecimento e secagem, bem como a interação do campo eletromagnético com o material a ser aquecido estão diretamente associadas as propriedades dielétricas. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo avaliar as propriedades dielétricas do cascalho de perfuração e os aspectos fundamentais da cinética de aquecimento e secagem de cascalhos por microondas. Para compreender a influência dos principais componentes presentes nos cascalhos contaminados, avaliou-se individualmente curvas de aquecimento de componentes da mistura cascalho/fluido. Alguns modelos clássicos de secagem convencional de sólidos foram empregados com objetivo de descrever a cinética de remoção dos fluidos presentes nestes cascalhos contaminados. Por fim, o conhecimento das propriedades dielétricas e da cinética de aquecimento e secagem foi empregada em um processo de simulação eletromagnética. Com intuito de descrever qualitativamente a operação de aquecimento das misturas avaliadas no presente trabalho. Desta maneira, através dos resultados obtidos pôde-se compreender melhor a interação das propriedades dielétricas associadas a granulometria do cascalho, ou seja, quanto menor a faixa granulométrica maior é a capacidade de converter energia absorvida em calor. Para a concentração de contaminantes, através do fluido de perfuração, quanto maior concentração, maior seria a habilidade de transformar energia absorvida em calor. Por meio do estudo de cinética de aquecimento e secagem compreendeu-se aspectos importantes relacionados à interação da água com os componentes da mistura cascalho/fluido, bem como o aquecimento do sólido e transferência de energia por condução para bases orgânicas. O modelo que melhor se aproximou dos dados experimentais foi o Modelo de Secagem por Microondas- MSM (proposto por esse trabalho), descrevendo satisfatoriamente a operação de secagem dos fluidos de perfuração através do aquecimento via microondas. A simulação computacional mostrou uma forte ligação das propriedades dielétricas com a absorção de energia, através da formação do campo elétrico, e a dissipação dessa energia na forma de calor. Portanto, esses resultados são de grande relevância para o aprimoramento e desenvolvimento de melhorias na operação de tratamento de sólidos de perfuração por microondas, assegurando um tratamento rápido, eficaz com baixo custo energético.
Abstract: Cutting from the drilling process and contaminated with non-aqueous drilling fluids are tailings from the oil industry and have gained a attention as environmental laws that control their disposal are increasingly severe. Microwave heating and drying to promote the removal of these contaminants has been studied over the past few years and has been shown to be a promising technology. The kinetics of heating and drying, the penetration depth of electromagnetic radiation, as well as the interaction of the electromagnetic field with the material to be heated are directly associated with the dielectric properties. In addition, the mathematical modeling and numerical simulation of microwave heating and drying operations are strongly dependent on these properties. Thus, the present work aims to evaluate the dielectric properties of the drilling cuttings. Moreover, the present work also investigated the fundamental aspects of the kinetics of heating and drying of cuttings by microwave. To understand the influence of the major components present on the contaminated cuttings, heating curves of components of the cuttings/fluid mixture were individually evaluated. Some classical models of conventional drying of solids were used to describe the kinetics of removal of the fluids present in these contaminated cuttings. Finally, the knowledge of the dielectric properties and the kinetics of heating and drying of the cuttings was used in an electromagnetic simulation process. For this, commercial software was used in order to perform computational simulations to compare the calculated dielectric properties and qualitatively describe the heating operation of the blends evaluated in the present work. In this way, through the results obtained, it was possible to better understand the interaction of the dielectric properties associated to cuttings granulometry and the concentration of contaminants, through the drilling fluid. The kinetic study of heating and drying comprised important aspects related to the interaction of water with the components of the cuttings/fluid mixture, as well as the heating of the solid, evaporation of this water and entrainment of organic bases. The computational simulation showed a strong connection of the dielectric properties with the absorption of energy, through the formation of the electric field, and the dissipation of this energy in the form of heat. Therefore, these results are of great relevance for the improvement and development of improvements in the operation of microwave decontamination, ensuring a fast and effective treatment with low energy costs.
Keywords: Engenharia química
Descontaminação (de gases, produtos quimicos, etc.)
Secagem
Fluidos
Descontaminação
Olefina
Parafina
Profundidade de penetração
COMSOL Multiphysics
Decontamination
Olefin
Paraffin
Penetration depth
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: ROSSI, Arley Silva. Cinética de aquecimento e secagem, propriedades dielétricas e simulação computacional aplicado ao tratamento de cascalho de perfuração por microondas.2017. 117 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2017.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/19769
Date of defense: 4-Aug-2017
Appears in Collections:TESE - Engenharia Química

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