Análise técnica e econômica de um sistema de aquecimento solar de água para evitar a formação de depósitos de parafina em colunas de produção de petróleo onshore

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2020.A deposição de parafina em colunas de produção de petróleo pode, em casos extremos, ocasionar a interrupção da produção, contudo, a injeção periódica de água quente na coluna de produção pode evitar esse problema. Essa água, convencionalmente é aquecida através da queima de gás natural ou via resistência elétrica. Uma alternativa para evitar o consumo de gás natural e energia elétrica é a utilização de um sistema de calor de processo solar. A decisão de substituir o sistema convencional por um sistema solar requer uma avaliação técnica e econômica do sistema, a qual deve ser realizada através de simulações detalhadas do funcionamento do sistema proposto. Nesse contexto, o presente trabalho consiste na criação de uma plataforma de simulação transiente para simular a operação do sistema de aquecimento solar de água proposto, implementada no programa TRNSYS. Esse programa possui grande flexibilidade para realizar a simulação dinâmica de sistemas térmicos, pois é capaz, dentre outras competências, de considerar a variação da radiação solar ao longo do tempo. O sistema proposto é composto por um campo de coletores solares planos, que aquecem água indiretamente através de uma serpentina imersa no reservatório térmico com volume de 3 m3 . A água aquecida, a uma temperatura de 95 ?C, contida nesse reservatório é injetada diariamente na coluna de produção de petróleo. A plataforma é capaz de considerar o sombreamento existente no campo de coletores e a perda de carga de todo o circuito hidráulico, contabilizando a potência elétrica parasita consumida no funcionamento. Para a cidade de Candeias-Bahia, foram inicialmente estudados os efeitos das variáveis de projeto, área de coletores, inclinação dos coletores, distância entre fileiras, vazão do sistema, tarifa e inflação do combustível e taxa de desconto; sobre o desempenho térmico e econômico do sistema, através da fração solar e do ??????, respectivamente. Realizada a otimização do ?????? em termos das variáveis analisadas, obtendo-se um ?????? com backup elétrico de R$151.900,00, correspondente a um campo solar de 113,22 m2 , atingindo uma fração solar anual de 63,7 % e um tempo de retorno de investimento de 6,6 anos.Abstract: The paraffin deposition in oil production column, in extreme cases may cause oil production to stop. In order to avoid the pipe obstruction hot water injection inside the production column can avoid this problem. Water is currently heated by burning natural gas or by electrical resistance. An alternative to reduce natural gas and electrical energy consumption is the use of a solar process heat system. The decision to replace the conventional system with a solar system requires a technical and economical evaluation of the system, which must be made through detailed simulations of the proposed system operation. The present work focused on the transient simulation platform to evaluate the performance of the proposed solar water heating system, by using TRNSYS software. This software offers great flexibility to perform the dynamic simulation of thermal systems, as it is able, to evaluate the performance with variation of the solar radiation over time. The porposed system consists of a field of flat plate solar collectors, which heat water indirectly through a coil immersed in the thermal reservoir with a volume of 3 m3 . The heated water, at a temperature of 95 ?C, contained in the reservoir is injected daily into the oil production column. The simulation platform is able to take into account the shading in the collector field and the pressure drop of the entire hydraulic circuit, accounting for the parasitic electrical power consumed in operation. For the city of Candeias-Bahia, initially, the effects of the design variables, collector area, collector inclination, row distance, system flow rate, fuel tariff and inflation and discount rate, on the thermal and economic performance of the system through the solar fraction and ??????, respectively. Optimization in terms of the analyzed variables, lead to an optimized ?????? of R$151.900,00, for a solar field of 113.22 m2 , reaching an annual solar fraction of 63,7 % and a payback time of 6.6 years. Key-words: Avoid paraffin deposition, petroleum, solar process heat