Estudo microscópico e macroscópico da utilização de ultrassom para quebra de emulsões de água e óleo. - Giraldo Atehortua, Carlos Mario (2022)
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.