aplicaÇÃo de concentradores solares para o … · lista de tabelas tabela 1 - classificação dos...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PETRÓLEO

ENGENHARIA DE PETRÓLEO

APLICAÇÃO DE CONCENTRADORES SOLARES PARA O

AQUECIMENTO DA ÁGUA NO PROCESSO DE GERAÇÃO DE

VAPOR PARA INJEÇÃO EM POÇOS PETROLÍFEROS

Yago Ramon Gouveia Cabral

Novembro 2017

NATAL, RN

Trabalho de Conclusão de Curso – Engenharia de Petróleo –CEP/CT/UFRN 2017.1

ii Yago Ramon Gouveia Cabral

Yago Ramon Gouveia Cabral

APLICAÇÃO DE CONCENTRADORES SOLARES PARA O

AQUECIMENTO DA ÁGUA NO PROCESSO DE GERAÇÃO DE

VAPOR PARA INJEÇÃO EM POÇOS PETROLÍFEROS

Trabalho apresentado ao Curso de

Engenharia de Petróleo da Universidade

Federal do Rio Grande do Norte como

requisito parcial para a obtenção do título

de Engenheiro de Petróleo.

Orientador (a): Dr. ª Carla Wilza Souza de Paula Maitelli

Novembro 2017

NATAL, RN


iii Yago Ramon Gouveia Cabral


iv Yago Ramon Gouveia Cabral

CABRAL, Yago Ramon Gouveia. Aplicação de concentradores solares para o aquecimento da

água no processo de geração de vapor para injeção em poços petrolíferos. 2017. 47 f. TCC

(Graduação) - Curso de Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio Grande do Norte,

Natal, Brasil, 2017.

Palavras-Chaves: Concentradores solares, injeção de vapor, recuperação avançada do petróleo

Orientadora: Prof. ª Dr. ª Carla Wilza Souza de Paula Maitelli

RESUMO

___________________________________________________________________________

O sol é a principal matriz energética do planeta, sendo direta ou indiretamente responsável por

todas as outras fontes de energia que são utilizadas pelo ser humano. Na indústria do petróleo,

especificamente na recuperação avançada do óleo com a injeção de vapor, pouco se ouve falar

do uso de sistemas que utilizam energias renováveis como alternativa para baratear o processo

de produção, principalmente pela alta demanda energética associada aos processos de

aquecimento de fluidos para geração de vapor. Este trabalho tem por objetivo apresentar

diferentes tipos de coletores e concentradores solares que possam se adequar às temperaturas e

aos volumes de injeção dos reservatórios com características do nordeste brasileiro. Pelas

razões acima expostas, comparando resultados de projetos realizados em outras regiões do

mundo com uma possível aplicação na bacia potiguar, foi possível concluir que os

concentradores cilíndricos-parabólicos e as torres solares apresentam potencial volumétrico e

energético para substituir parcialmente o uso de caldeiras na produção de vapor.


v Yago Ramon Gouveia Cabral

CABRAL, Yago Ramon Gouveia. Aplicação de concentradores solares para o aquecimento da

água no processo de geração de vapor para injeção em poços petrolíferos. 2017. 47 f. TCC

(Graduação) - Curso de Engenharia de Petróleo, Universidade Federal do Rio Grande do Norte,

Natal, Brasil, 2017.

Keywords: Concentrated solar power, steam injection, enhanced oil recovery

Tutor: Prof. ª Dr. ª Carla Wilza Souza de Paula Maitelli

ABSTRACT

__________________________________________________________________________

The sun is the main energy matrix of the planet, being directly or indirectly responsible

for all other sources of energy that are used by humans. In the oil industry, specifically in the

enhanced oil recovery with the injection of steam, there is little mention of the use of systems

that use renewable energy as an alternative to cheapen the production process, mainly due to

the high energy demand associated with the fluid heating processes for steam generation. This

work aims to present different types of collectors and solar concentrators that can be adapted to

the temperatures and the injection volumes of the reservoirs with characteristics of the Brazilian

northeast. For the above reasons, comparing results of projects carried out in other regions of

the world with a possible application in the Potiguar basin, it was possible to conclude that

parabolic-cylindrical concentrators and solar towers present volumetric and energetic potential

to partially replace the use of boilers in production of steam.


vi Yago Ramon Gouveia Cabral

DEDICATÓRIA

Este trabalho é dedicado a meus pais João Maria

Gondim Cabral e Idaci de Fátima Gouveia Cabral.

Eles são a principal razão disso tudo.


vii Yago Ramon Gouveia Cabral

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO 1

1.1 Objetivo geral 2

1.2 Objetivos específicos 2

2 ASPECTOS TEÓRICOS 3

2.1 Métodos de recuperação 3

2.1.1 Métodos térmicos 4

2.2 Energias renováveis 10

2.2.1 Energia hidrelétrica 12

2.2.2 Energia eólica 12

2.2.3 Energia oceânica 14

2.2.4 Energia da biomassa 14

2.2.5 Energia geotérmica 15

2.2.6 Energia solar fotovoltaica 15

2.2.7 Energia solar térmica 15

2.2.8 Coletores solares 17

3 MATERIAS E MÉTODOS 24

3.1 Caracterização do campo 24

3.2 Estudo de caso 1: Coalinga, CA 26

3.3 Estudo de caso 2: Amal, Omã 27

4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 29

4.1 Vantagens do uso de concentradores solares 29

4.2 Aplicação dos concentradores em Alto do Rodrigues 31

5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES 32

5.1 Considerações finais 32

5.2 Recomendações 33

REFERÊNCIAS 34


viii Yago Ramon Gouveia Cabral

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Métodos de recuperação ............................................................................................ 4

Figura 2 - Injeção de fluidos quentes.......................................................................................... 7

Figura 3 - Caldeiras aquatubulares ............................................................................................. 9

Figura 4 - Caldeiras flamotubulares ......................................................................................... 10

Figura 5 - Aerogerador de eixo horizontal ............................................................................... 13

Figura 6 - Aerogerador de eixo vertical.................................................................................... 13

Figura 7 - Média anual de insolação diária no Brasil ............................................................... 16

Figura 8 - Coletores solares ...................................................................................................... 18

Figura 9 - Concentrador cilíndrico-parabólico com estufa de vidro ........................................ 19

Figura 10 - Produção de vapor em Mckittrick – CA ................................................................ 19

Figura 11 - Coletor cilíndrico parabólico em campo aberto ..................................................... 20

Figura 12 - Coletor Fresnel ....................................................................................................... 21

Figura 13 - Disco parabólico .................................................................................................... 22

Figura 14 - Torre solar .............................................................................................................. 23

Figura 15 - Geração de vapor ao longo do dia ......................................................................... 23

Figura 16 - Mapa de localização do campo Alto do Rodrigues ............................................... 25

Figura 17 - Torre solar em Coalinga, CA ................................................................................. 26

Figura 18 – Planta piloto da PDO em Amal ............................................................................. 27

Figura 19 - Representação do processo de aquecimento solar associado a injeção de vapor .. 29

Figura 20 - Ciclo de geração de vapor em Amal, Omã ............................................................ 30


ix Yago Ramon Gouveia Cabral

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Classificação dos coletores solares por grau de rastreamento ................................. 17

Tabela 2 - Torre solar coalinga ................................................................................................. 26

Tabela 3 - Economia de gás para diferentes ofertas de insolação diária .................................. 31


x Yago Ramon Gouveia Cabral

LISTA DE ABREVIATURAS E/OU SÍMBOLOS E/OU SIGLAS

CCP – Concentradores cilíndricos-parabólicos;

COP 21 – Conferência da ONU sobre mudanças climáticas, que ocorreu em Paris em 2015;

EOR – Enhanced Oil Recovery (sigla adotada pelo SPE para tratar da recuperação avançada de

petróleo);

VOIP – Volume de óleo in place (equivalente ao óleo que ainda está intocado no reservatório);

ANP – Agência nacional do petróleo, gás natural e biocombustíveis;


1 Yago Ramon Gouveia Cabral

1 INTRODUÇÃO

O crescimento energético mundial segue o crescimento populacional e os avanços

tecnológicos. Consequentemente, a oferta por energia passa diariamente por modificações para

se adaptar a demanda. Cabe a engenharia proporcionar soluções criativas que se adequem a

necessidade dos consumidores finais.

A primeira revolução indústria ocorreu na Inglaterra, no final do século XVIII. Nesta

ocasião, a indústria têxtil foi beneficiada pelo advento da máquina a vapor, que antes funcionava

de forma artesanal. Na segunda metade do século XIX iniciou-se a segunda revolução industrial

que terminou durante a segunda guerra mundial (1939 – 1945), proporcionando uma série de

soluções avanços na indústria química, elétrica, de petróleo e de aço. Nas duas ocasiões a

necessidade de superação de poder na guerra foi um fator determinante para o desenvolvimento

de soluções criativas que até hoje são utilizadas no dia a dia.

Na indústria do petróleo, soluções criativas surgem a todo momento devido a

necessidade de encontrar novas reservas e de aumentar o fator de recuperação de óleo de

reservas petrolíferas existentes. Seja para avanços tecnológicos em poços com elevadas

temperaturas e pressão (high pressure and high temperature – HPTP), ou para poços maduros

que necessitam de um estímulo externo para continuar produzindo.

Um dos métodos mais utilizados para a estimulação de poços maduros consiste em

injetar água quente ou vapor visando a redução da viscosidade, e consequentemente, a

diminuição das forças intermoleculares do óleo, promovendo o avanço do óleo que antes não

seria produzido.

O modelo tradicional adotado pela indústria utiliza fontes de energias não renováveis

para o aquecimento da água por meio de caldeiras. Em muitos casos, o custo para a instalação

de um sistema de aquecimento da água não é viável, quando comparado ao retorno financeiro

previsto.

A preocupação com a geração de energia por fontes renováveis tornou-se ainda maior

com a celebração do Acordo de Paris, na COP 21, no ano de 2015. O Brasil assumiu

compromisso de redução de emissões de gases de efeito estufa, em 2025 e 2030,

respectivamente em 37% e 43% em relação aos níveis de 2005 (Nascimento, 2017)



No âmbito de continuar desenvolvendo tecnologias que contribuam para a diminuição

da emissão de gases que contribuem para o efeito estufa, é imprescindível a redução do uso do

gás natural como combustível para o aquecimento de fluidos. Além disso, é importante notar

outras tecnologias disponíveis no mercado que utilizem energias alternativas para a produção

do vapor usualmente utilizado na indústria.

1.1 Objetivo geral

O objetivo deste trabalho é explicar a cadeia de produção de vapor na indústria do

petróleo, sugerindo a inserção de concentradores solares dentro do modelo atual adotado no

Brasil. A exposição de casos reais será utilizada como base para o estudo.

1.2 Objetivos específicos

O presente trabalho tem como principais objetivos:

Apresentar as vantagens do uso da injeção de vapor como método de recuperação;

Explicar os tipos de concentradores solares, apresentando vantagens e

desvantagens de cada equipamento;

Caracterizar a bacia potiguar;

Sugerir o uso de concentradores no cenário potiguar.



2 ASPECTOS TEÓRICOS

O presente capítulo apresenta um apanhado histórico dos processos tradicionalmente

utilizados na indústria do petróleo, introduzindo conceitos que posteriormente serão utilizados

na metodologia apresentada.

2.1 Métodos de recuperação

A capacidade de produção natural de um reservatório de petróleo nem sempre é

suficiente para atender a demanda do mercado. Em alguns casos, o poço simplesmente não tem

as características necessárias para produzir sem o auxílio de um mecanismo externo. Os

métodos convencionais de recuperação primária de óleo apresentam eficiência inferior a 15%

da reserva, deixando intocado aproximadamente 85% do potencial de exploração. Com os

métodos de recuperação avançada (Enhanced Oil Recovery – EOR), a eficiência pode chegar a

valores de até 80% de recuperação do óleo residual, desde que o método adequado de

recuperação seja empregado. (Bressan, 2008)

A indústria do petróleo definiu terminologias para se adequar as diferentes necessidades

de produção de cada campo e região, são elas: recuperação primária – Primary Recovery,

recuperação secundária – Secundar Recovery e recuperação terciária – Tertiary Recovery.

Na recuperação primária, o único mecanismo levado em conta para a produção é a

surgência natural do poço, isto é, sem o auxílio de equipamentos externos que modifiquem a

pressão natural do poço. Neste mecanismo, a pressão do próprio reservatório é responsável por

movimentar o óleo até a superfície, tal pressão provém de mecanismos naturais, como o gás e

solução, influxo de água, capa de gás e a segregação gravitacional. A recuperação secundária,

envolve métodos de injeção de fluidos para a manutenção da pressão, água ou gás, cuja funções

principais são manter a pressão do reservatório em um nível elevado para que o óleo possa ser

deslocado até os poços produtores. Já na recuperação terciária, utilizam-se diversos processos

ou injeções de fluidos diferentes da água e do gás visando um maior fator de recuperação do

óleo. (Bressan, 2008)



Na década 90 a SPE – Society of Petroleum Engineers ou Sociedade dos Engenheiros

do Petróleo, passou a utilizar o termo “Recuperação avançada de petróleo” (IOR – Improved

Oil Recovery) que compreende os métodos: EOR + Injeção de água + Injeção de gás, na

tentativa de reerguer a atividade que estava desgastada devido ao baixo preço do petróleo.

Atualmente divide-se os processos de recuperação suplementar em métodos convencionais e

métodos especiais (Figura 1).

Figura 1 - Métodos de recuperação

Fonte: Adaptado de Rodrigues, 2012

2.1.1 Métodos térmicos

A injeção de fluidos quentes em reservatórios é uma técnica que consiste na utilização de

água quente ou vapor, visando a diminuição da viscosidade das zonas com saturação original

de óleo, que não podem ser produzidas através dos métodos convencionais de recuperação.

Sabe-se que quanto maior for a viscosidade do óleo, maior será a influência sofrida através do

aquecimento na redução da viscosidade (Rosa, 2006).



A elevada viscosidade do óleo, característica de campos que possuem óleos pesados e

extrapesados (grau API inferior a 27), é um fator determinante na escolha do método de

recuperação a ser utilizado. A injeção de água para este tipo de campo não costuma apresentar

eficiência satisfatória, devido a maior mobilidade da água, resultando nos indesejáveis Fingers

(canalização precoce da água).

O vapor age como um redutor de viscosidade ao entrar em contato com o óleo através da

quebra das longas cadeias moleculares em cadeias menores, permitindo o escoamento deste

óleo para o poço produtor. É importante sinalizar que o aquecimento também é responsável

pela manutenção de pressão no reservatório, pois frações mais leves do óleo podem vir a se

expandir com o aumento da temperatura, auxiliando o processo de expulsão dos fluidos do

reservatório (Rodrigues, 2012).

Conforme explicado por Rodrigues (2012), os métodos térmicos são divididos em dois

subgrupos: injeção de fluidos aquecidos e combustão in situ. Na injeção de fluidos aquecidos o

calor é produzido na superfície e carregado para o reservatório. Já na combustão in situ, o calor

é gerado diretamente no reservatório através da injeção de reagentes que produzem uma reação

exotérmica.

Observa-se na prática que que a taxa de redução da viscosidade é maior no início da

operação, devido ao gradiente de temperatura do reservatório. Depois de atingir uma certa

temperatura essa taxa de redução da viscosidade se torna bem menor se comparada ao início da

injeção. (Rosa, 2006).

A água utilizada nos métodos térmicos pode ser aquecida até a temperatura de vapor ou

convertida para vapor. Após atingir a temperatura de ebulição, o fornecimento contínuo de calor

converte mais e mais água para vapor nessa temperatura. A fração em peso de água convertida

para vapor é chamada de “qualidade do vapor”. Após atingir 100% da qualidade do vapor, o

fornecimento de mais calor irá resultar no vapor superaquecido (Rosa, 2006).

A energia adicional requerida para converter água em ebulição para vapor é chamado

calor latente. Um sistema água-vapor pode ganhar ou perder esse tipo de energia sem variar a

temperatura ou a pressão. O calor latente é maior às pressões mais baixas e diminui até zero no

ponto crítico de 705°F (374°C) e 3206 psia (225 kgf/cm²).

A maioria dos projetos térmicos opera em um intervalo de pressão de 100 psi (7

Kgf/cm²) a 1500 psia (105 Kgf/cm²), o vapor carreia consideravelmente mais calor que a água



quente. Por exemplo: 1 bbl de água convertido para vapor de qualidade 80% carreia acima de

150.000.000 BTU a mais de valor que a água em ebulição na mesma temperatura (Rosa, 2006).

2.1.1.1 Injeção de água quente

Apesar de seu uso simplista e direto, a injeção de água quente é um método que possui

poucas vantagens quando comparado a outros métodos térmicos. O princípio da injeção da água

quente é o mesmo utilizado na injeção de outros fluidos quentes. A recuperação é aumentada

pela melhoria da eficiência de varrido e expansão térmica do óleo.

Apesar de menos utilizada, existem projetos bem sucedidos do uso da injeção da água

quente, projetos em que a injeção de vapor não seria adequada. Estes incluem formações

sensíveis à água doce e aquelas com altas pressões, onde a temperatura de vapor seria excessiva.

(Rosa, 2006)

2.1.1.2 Injeção de vapor

A injeção de vapor ocorre de forma cíclica ou contínua, o método cíclico tem por

objetivo reforçar a recuperação primária de reservatórios de óleos viscosos. A técnica estimula

o poço reduzindo a viscosidade do óleo e limpando a região do poço. A técnica é

frequentemente utilizada para anteceder a aplicação da injeção contínua de vapor, quando a

injeção cíclica torna-se improdutiva (Rosa, 2006).

Na injeção cíclica, o procedimento adotado é a injeção do vapor para atingir a área do

reservatório próxima ao poço em períodos específicos e em seguida ocorre um período de

espera – soaking, onde ocorre a estabilização e espalhamento da temperatura proveniente do

vapor. A injeção pode ser realizada em vários ciclos para que atinja uma área mais abrangente

do reservatório.

Diferente da injeção cíclica, cuja injeção e produção ocorrem no mesmo poço, a injeção

contínua de vapor é realizada com a combinação de malhas de poços produtores e poços

injetores, conforme ilustra a (Figura 2). Uma zona de vapor se forma em torno do poço injetor,

esta zona irá se expandir a medida em que o vapor é injetado. O processo tem por objetivo

igualar a temperatura da zona com a temperatura do vapor injetado.



Figura 2 - Injeção de fluidos quentes

Fonte: Modificado de Green e Willhite, 1998

A distribuição das malhas é disposta de acordo com a necessidade específica de cada

região. Entretanto, é importante que a injeção seja realizada na zona de água condensada, pois

a redução da saturação de óleo é máxima nesta zona devido as menores viscosidades.

De acordo com Rosa (2006), as linhas de injeção devem ser enterradas para manter a

perda de calor com o ambiente abaixo de 10%, dependendo do comprimento das linhas. Porém,

as maiores perdas são observadas diretamente na formação produtora, onde o calor é dissipado

por condução através das formações rochosas não produtoras adjacentes.

A injeção de vapor deve ser associada as seguintes características de reservatórios:

Presença de óleos viscosos entre 10 e 20°API, devido a maior efetividade do calor na

redução da viscosidade;

Reservatórios com profundidade inferior a 3000 ft (900 m) – reservatórios rasos, visando a

diminuição dissipação de calor na injeção, e evitando zonas profundas com altas pressões;

Reservatórios com permeabilidade superior a 500 md permitindo o fluxo de óleos viscosos,

visto que uma baixa permeabilidade pode inviabilizar um projeto de injeção;

Saturação de óleo próxima de 0,15 m³ de óleo/ m³ de rocha;



De acordo com Galvão (2008), a injeção de vapor possui a vantagem de não danificar tanto

o reservatório, quando comparado a combustão in-situ. Além disso, as seguintes vantagens

podem ser citadas, quando a injeção é aplicada corretamente:

Recuperação da ordem de 50% do volume de óleo in-place - VOIP;

Maiores vazões de injeção de calor, quando comparado a outros métodos térmicos.

Apesar de ser um dos métodos mais rentáveis e com maior gama de aplicabilidade, o método

térmico apresenta algumas desvantagens em relação as limitações de profundidade do

reservatório, além das seguintes implicações desfavoráveis (GALVÃO, 2008):

Elevado consumo de águe e energia;

Emissão de gases causadores do efeito estufa;

Produção de areia, comum em projetos térmicos;

Formação de emulsão;

Riscos de segurança adicionais, devido às altas temperaturas.

2.1.1.3 Produção do vapor

A produção do vapor tradicionalmente ocorre em caldeiras, cuja aplicação tem sido

ampla no meio industrial e também na geração da energia elétrica nas termelétricas. As

primeiras aplicações práticas surgiram por volta do século 17. Em 1711, Newcomen

desenvolveu um equipamento com a finalidade de produção de vapor, aproveitando ideias de

Denis Papin, um inventor francês. A caldeira de Newcomen era apenas um reservatório

esférico, com aquecimento direto no fundo, também conhecida como caldeira de Haycock.

(Bizzo, 2003)

As caldeiras evoluíram com o passar do tempo, passaram a ser divididas em caldeiras

elétricas e caldeiras a combustível. Os dois modelos de caldeiras tem um revés associado ao

elevado desperdício e elevadas perdas de energia, quando não são bem dimensionadas. Na

indústria do petróleo, o modelo mais adotado é baseado no uso de combustíveis, especialmente

o gás natural.

De acordo com (ELEKTRO, 2016), as caldeiras que produzem vapor pela queima de

combustíveis podem ser classificadas em dois grandes grupos: caldeiras aquatubulares e

caldeiras flamotubulares:



2.1.1.3.1 Caldeiras aquatubulares

A água a ser aquecida passa pelo interior dessas caldeiras aquatubulares (Figura 3), por

meio de tubos, que por sua vez, são envolvidos por gases de combustão. A forma cilíndrica

permite a organização destas tubulações em feixes com uma entrada de água em uma das

extremidades e saída de vapor na outra.

Figura 3 - Caldeiras aquatubulares

Fonte: Elektro, 2016

Uma caldeira aquatubular pode custar até 50% mais do que uma caldeira flamotubular

de capacidade equivalente. Ela apresenta, porém, algumas vantagens, como uma maior

capacidade de produção de vapor por unidade de área de troca de calor e a possibilidade

de utilizar temperatura superior a 450º C e pressão acima de 60 kgf/cm2. (ELEKTRO, 2016)



2.1.1.3.2 Caldeiras flamotubulares

O funcionamento das caldeiras flamotubulares (ou pirotubulares) (Figura 4) é

semelhante ao funcionamento das caldeiras aquatubulares, com a diferença que o espaço interno

dos tubos é preenchido com gases quentes provenientes da combustão, aquecendo o fluido que

preenche o espaço da caldeira. (Elektro, 2016)

Este tipo de caldeira, geralmente de pequeno porte, apresenta baixa eficiência e é

utilizada apenas em pressões reduzidas. Apesar de seu porte inferior, as caldeiras

flamotubulares são muito utilizadas devido ao investimento inicial inferior no

dimensionamento. Além possuem fácil manutenção e podem utilizar combustíveis líquidos,

sólidos ou gasosos.

Figura 4 - Caldeiras flamotubulares

Fonte: Elektro, 2016

2.2 Energias renováveis

A superfície terrestre é constantemente alimentada pela energia proveniente do sol, tal

energia é responsável por aquecer a superfície da terra e é indiretamente responsável pela

origem de toda a energia conhecida pelo ser humano. Desde a evaporação e precipitação da



água do mar, dando origem a rios e lagos, que posteriormente são explorados através da energia

hidroelétrica, até a formação de uma atmosfera que possibilita a sobrevivência de seres vivos,

que devido a ação do tempo e da pressão, são transformados em matéria orgânica para formação

do petróleo e do gás.

O sol sempre foi a principal fonte de energia do planeta e “recentemente” recebeu o um

termo para sua utilização direta: “Energia solar”, tal terminologia, enquadra-se em um conjunto

maior conhecido por: “Energias renováveis”, que traduz uma necessidade de reduzir os

impactos ambientais causados pelo incremento do consumo de combustíveis fósseis.

Em 1997, os países integrantes da Organização das Nações Unidas (ONU) reuniram-se

em Kyoto (Japão) para discutir diretrizes para amenizar os impactos ambientais causados pela

emissão de gases responsáveis pelo efeito estufa, principalmente o Dióxido de Carbono, tal

encontro foi nomeado como Protocolo de Kyoto e tinha como principais medidas para a redução

dos gases a pesquisa, promoção, desenvolvimento e aumento do uso de formas novas e

renováveis de energia.

Em meados de 2004, quando o protocolo de Kyoto teve de fato seu início consumado,

foi iniciado uma tentativa mundial de inclusão das energias renováveis como fonte primordial

de fornecimento energético. Anos depois, nota-se que o mundo ainda é muito dependente dos

combustíveis fósseis, devido ao custo envolvido e a baixa eficiência energética para a

exploração de energias renováveis.

É fato que energias renováveis possuem um potencial de exploração e desenvolvimento

bastante elevado, as vantagens de sua utilização podem ser centralizadas não apenas na

diminuição dos impactos ambientais, mas também na taxa de renovação quase infinita. A

ciência aponta que a luz e o calor do sol poderão ser aproveitados durante cerca de 8 bilhões de

anos, podendo ser considerada inesgotável pelo ser humano. (Villalva, 2015).

Os exemplos mais conhecidos de energias renováveis são: energia hidrelétrica, energia

solar fotovoltaica, energia eólica, energia oceânica, energia da biomassa, energia geotérmica e

a energia solar térmica.



2.2.1 Energia hidrelétrica

É a fonte energética mais explorada no Brasil. As centrais hidrelétricas estão sempre

associadas a barragens de rios, para que a energia potencial de um rio possa ser transformada

em energia elétrica. O princípio de funcionamento baseia-se na transformação da energia

potencial da água em energia cinética para girar as pás de uma turbina, acoplado a estas turbinas,

existe um gerador elétrico que transforma o movimento em energia, para que em seguida, a

energia possa ser direcionada aos transformadores e em seguida para os centros de consumo. A

água dos rios está em constante renovação devido ao ciclo de evaporação e das chuvas, assim,

pode-se considerar que a energia hidrelétrica é um tipo de energia renovável. (Villalva, 2015).

2.2.2 Energia eólica

A energia eólica, ou energia do vento, vem sendo empregada a centenas de anos pelo

ser humano no transporte e no acionamento de mecanismos. Com o avanço da tecnologia, a

energia eólica passou a ser utilizada na geração de eletricidade através do uso de aerogeradores.

Os dois tipos de aerogeradores conhecidos são: de eixo horizontal (Figura 5) e os de

eixo vertical (Figura 6), as turbinas de eixo vertical são aplicadas a pequenos geradores que

podem ser aplicados ao uso residencial. Possuem a vantagem de captar o vento de qualquer

direção e, portanto, possuem complexidade menos durante sua instalação. Já os geradores de

eixo horizontal, necessitam do auxílio de um sistema automatizado para acompanhar a

orientação do vento. Todavia, este é o modelo mais aplicado na geração de eletricidade em

parques eólicos. Diversos parques já estão em funcionamento no Brasil, principalmente nas

regiões Nordeste e sul, onde os ventos alísios são abundantes. (VILLALVA, 2015).



Figura 5 - Aerogerador de eixo horizontal

Fonte: Autor próprio

Figura 6 - Aerogerador de eixo vertical

Fonte: Autor próprio



2.2.3 Energia oceânica

A energia oceânica é extraída da movimentação das ondas e das correntes marítimas, as

correntes são resultado de diferenças de temperatura e densidade da água causadas pelo

aquecimento solar. O princípio de funcionamento é semelhantes aos outros métodos, destoando

apenas na fonte de movimento para movimentação das turbinas.

A energia cinética das correntes pode ser direcionada para que ocorra a geração de

energia através de boias combinadas a geradores, ou através do uso dos geradores Pelamis, que

possuem formato alongado e articulado para captar o movimento das ondas. Além destes

métodos, existem diversos outros projetos para melhor aproveitar a energia cinética proveniente

do movimento natural das marés. Uma outra maneira de captar a energia das marés é utilizar a

energia potencial pela diferença da altura entre as marés alta e baixa. (SESMIL, 2013).

2.2.4 Energia da biomassa

A energia proveniente da biomassa possui características semelhantes aos combustíveis

fósseis, derivando de organismos vivos empregados como combustíveis. Todavia, a origem da

biomassa possui um conceito mais imediatista, enquanto os combustíveis fósseis levam

milhares de anos sob ação de pressão e temperatura adequada para formação, a biomassa é

obtida através de processos mais rápidos de combustão de matéria orgânica de origem animal

ou vegetal. (LORA, 2012).

Os 4 métodos mais utilizados para a transformação da biomassa em energia são:

Pirólise, Gaseificação, Combustão e Co-combustão.

Pirólise: a biomassa é exposta a altíssimas temperaturas sem a presença de oxigênio,

visando a aceleração do processo de decomposição.

Gasificação: semelhante a pirólise, diferindo primordialmente na temperatura, que é

inferior e por resultar apenas em gás inflamável. Este gás ainda pode ser filtrado,

visando a remoção de componentes químicos residuais.

Combustão: utilizado como combustível direto, este processo é realizado em altas

temperaturas e presença abundante de oxigênio, produzindo vapor a alta pressão,

geralmente associado a movimentação de turbinas.



Co-combustão: consiste na substituição de parte do carvão mineral utilizado em usinas

termelétricas por biomassa, reduzindo significativamente a emissão de poluentes.

2.2.5 Energia geotérmica

Energia geotérmica é o modelo de energia que se aproveita do calor liberado pelo

magma terrestre. Este método é muito empregado em regiões vulcânicas, onde existe a presença

de gêiseres que expelem vapor de água quente para fora da terra. Outro jeito de explorar este

calor é utilizar tubulações subterrâneas, que posteriormente são direcionadas para turbinas e

convertidos em energia. (VILLALVA, 2015)

2.2.6 Energia solar fotovoltaica

A energia incidente na superfície terrestre é mais de 10.000 vezes maior que o atual

consumo global de energia primária. O aproveitamento da energia solar nos painéis solares

fotovoltaicos é resultado da excitação dos elétrons de alguns materiais na presença de luz solar,

produzindo eletricidade em corrente contínua. (SILVA, 2014).

Os sistemas fotovoltaicos têm a capacidade de captar diretamente a luz solar e produzir

corrente elétrica, esta corrente é coletada e processada por dispositivos controladores e

conversores, podendo ser armazenada em baterias ou utilizada diretamente em sistemas

conectados à rede elétrica. É importante diferenciar o aquecimento solar da geração de energia

por meio de painéis fotovoltaicos, apesar de ambos utilizarem a mesma matriz energética, estas

são duas maneiras diferentes de exploração da energia. (VILLALVA, 2015).

2.2.7 Energia solar térmica

A energia solar térmica é indiretamente responsável por quase todas as energias

existentes no planeta. Conforme explicado no Atlas de Energia Elétrica do Brasil (ANEEL,

2005), a radiação solar pode ser utilizada diretamente como fonte de energia térmica, para

aquecimento de fluidos e ambientes e para geração de potência mecânica ou elétrica.



O aproveitamento térmico para aquecimento de fluidos ocorre em combinação com o

uso de concentradores ou coletores solares. Os coletores são mais utilizados em residências e

no comércio (hotéis, restaurantes, clubes, hospitais etc.) com foco apenas no aquecimento da

água. Já os concentradores destinam-se a aplicações que necessitam de maiores temperaturas,

como por exemplo a produção de vapor para injeção em poços petrolíferos. (Kalogirou, 2009).

A região do nordeste brasileiro possui características vantajosas para o uso desta

modalidade de energia. Especialmente quando a média anual de insolação diária no Brasil

(Figura 7) é levada em conta.

Figura 7 - Média anual de insolação diária no Brasil

Fonte: Adaptado do TIBA - ATLAS Solarímétrico do Brasil. Recife: Editora Universitária da UFPE,

2000.

Alguns modelos de coletores solares já possuem destaque no mercado para

utilização residencial e industrial. Na indústria petrolífera, o aquecimento solar teria um papel

fundamental na cadeia de produção do vapor a ser utilizado na recuperação avançada do



petróleo. O processo iria se estabelecer em conjunto com o uso dos aquecedores tradicionais,

que utilizariam uma quantidade inferior de combustível, apenas suprindo a demanda para a

noite e para dias em que o aquecimento solar não fosse possível (devido a dias chuvosos ou por

qualquer outra necessidade externa).

2.2.8 Coletores solares

Coletores solares são trocadores de calor que transformam radiação solar em calor. O

coletor capta a radiação solar, a converte em calor, e transfere esse calor pra um fluido (ar, água

ou óleo em geral) (KALOGIROU, 2009).

Os coletores são divididos fundamentalmente em dois tipos: não-concentradores e

concentradores. Os concentradores são aqueles que a área de interceptação e absorção da

radiação são as mesmas, e são indicados para aplicação a sistemas que necessitam de baixas

temperaturas. Já os coletores não-concentradores, são aqueles que demandam altas

temperaturas, e geralmente são utilizados em conjunto com superfícies refletoras (em alguns

modelos podem ser utilizados com lentes) direcionando a radiação diretamente para um foco,

onde há um receptor com o fluido a ser aquecido. (KALOGIROU, 2009)

Os coletores solares ainda podem ser divididos em estacionários ou rastreadores. Dentre

os rastreadores, os coletores podem rastrear em um eixo ou em dois. Os principais modelos com

algumas características serão apresentados na tabela 1, e posteriormente, alguns modelos serão

explicados.

Tabela 1 - Classificação dos coletores solares por grau de rastreamento

Motora Coletor Receptor Faixa de temperatura (°C)

Solar plano Plano 30 a 80

Estacionário Tubular a vácuo Plano 50 a 200

Parabólico composto Tubular 60 a 300

Rastreamento em 1 eixo Refletor linear de Fresnel Tubular 60 a 250

Cilindro parabólico Tubular 60 a 400

Rastreamento em 2 eixos Disco parabólico Pontual 100 a 1500

Torre solar Pontual 150 a 2000

Fonte: Adaptado de KALOGIROU, 2009



Para projetos de injeção de vapor, o processo requer temperaturas muito elevadas,

devido as perdas envolvidas no processo. Visando sempre a melhor eficiência, alguns modelos

de coletores solares (Figura 8) possuem maior destaque dentro da indústria, pois utilizam

rastreadores que conseguem acompanhar a trajetória do sol. São exemplos de tecnologias:

a) Calha parabólica;

b) Fresnel;

c) Disco parabólico;

d) Torre solar.

Figura 8 - Coletores solares

(Fonte: Adaptado do site http://energiaheliotermica.gov.br)

2.2.8.1 Concentradores cilíndricos-parabólicos

Também conhecido pela sigla CCP, o concentrador cilíndrico-parabólico possui como

principal componente a superfície refletora cilíndrica parabólica, que age refletindo a radiação

a) b)

c) d)



solar para um tubo contendo o fluido a ser aquecido. A radiação solar é transformada em energia

térmica, na forma de calor sensível ou latente de fluido. (Souza Filho, 2008).

O aproveitamento máximo da radiação solar ocorre quando o concentrador cilíndrico-

parabólico é utilizado em conjunto com um rastreador que movimenta o concentrador no eixo

paralelo ao seu eixo focal, permitindo que a radiação solar direta esteja direcionada para o tubo

absorvedor. (Souza Filho, 2008).

É possível ainda, otimizar o processo de produção de vapor com o auxílio de uma casa

de vidro (Figura 9). Um exemplo de sucesso foi implementado na Califórnia em 2011 (Figura

10), revelando números impactantes que serão apresentados mais a frente, e reduzindo

consideravelmente o consumo de gás na produção de vapor.

Figura 9 - Concentrador cilíndrico-parabólico com estufa de vidro

Fonte: adaptado do site https://www.glasspoint.com/technology/ acesso em 10/11/2017

Figura 10 - Produção de vapor em Mckittrick – CA

Fonte: adaptado do site https://www.glasspoint.com/markets acesso em 10/11/2017



O projeto da Berry Petroleum (Mckittrick – Califórnia) possui um potencial energético

térmico de 300 KW, aquecendo a água até ela virar vapor, ou pré-aquecendo até 190°F

(aproximadamente 88°C). Já o projeto da Petroleum Development Oman (Amal – Oman) tem

um potencial energético térmico de 7 MW e produz cerca de 50 toneladas de vapor livre de

emissão de carbono por dia. Os dois projetos são voltados para aplicação em campos

petrolíferos, especificamente para o uso na recuperação avançada.

É importante lembrar que a tecnologia da estufa de vidro não precisa obrigatoriamente

estar associada aos concentradores cilíndricos-parabólicos. Na verdade, a maioria dos projetos

encontrados no mercado não utilizam a estufa de vidro (Figura 11). A vantagem da estufa seria

a proteção contra intempéries climáticas, visto que boa parte dos poços produtores estão em

regiões abertas e com elevada quantidade de poeira.

Figura 11 - Coletor cilíndrico parabólico em campo aberto

Fonte: RENEWABLE POWER NEWS, 2009

2.2.8.2 Coletor linear Fresnel

Conforme detalhado em (KALOGIROU, 2009), os coletores Fresnel podem ser

divididos em dois tipos: o coletor Fresnel de lentes e o refletor linear Fresnel. O primeiro é

constituído por um material plástico transparente, concentrando os raios em um receptor,

enquanto o segundo é constituído por uma série de tiras planas lineares de espelhos.



Diferentes arranjos podem ser utilizados para reduzir o espaço utilizado e reduzir as

sombras que um espelho pode vir a causar nos outros. De maneira geral os coletores Fresnel

são indicados para plantas comerciais de baixa potência (de 1 a 5 MW), e não estão

completamente consolidados no mercado.

Apesar de ter funcionamento semelhante ao concentrador cilíndrico-parabólico, o

coletor linear de Fresnel possui algumas importantes diferenças:

A linha focal, onde a energia solar se concentra, não se move, possibilitando a utilização

de fluidos sob pressão, já que as conexões não precisam ser flexíveis.

Espelhos planos para coletores Fresnel são mais simples e baratos. Porém, espelhos

óticos têm mais perdas óticas, apresentando menor eficiência.

Figura 12 - Coletor Fresnel

Fonte: adaptado do site http://energiaheliotermica.gov.br acesso em 10/11/2017

2.2.8.3 Disco parabólico

O disco parabólico possui um sistema de rastreamento pontual em dois eixos, e por isso

possui maiores taxas de concentração (600 a 2000), consequentemente, atinge temperaturas

mais altas (de 100ºC a 1500ºC), atrás apenas da torre de concentração (que pode atingir até

2000ºC) (Kalogirou, 2009).



Por conseguir rastrear em dois eixos, o disco parabólico (Figura 13) possui o melhor

aproveitamento possível da radiação solar, pois aponta diretamente para o sol desde o nascer

até o poente.

Figura 13 - Disco parabólico

Fonte: http://energiaheliotermica.gov.br acesso em 10/11/2017

O disco pode operar de forma independente (indicado para uso em regiões isoladas) ou

como parte de uma planta composta por vários discos (Kalogirou, 2009).

2.2.8.4 Torre solar

Este método de captação de radiação solar consiste na disposição de vários espelhos

com um mesmo ponto focal, localizado no topo de uma torre, onde os fluidos são

superaquecidos. Para que o método funcione, é necessário aparelhar uma quantidade de

espelhos localizados na base da torre possibilitando o aquecimento adequado do fluido

(Kalogirou, 2009).

Os espelhos localizados no solo devem ser instalados em conjunto com rastreadores que

possibilitem o máximo de captação solar durante o dia. É importante que estes espelhos estejam

a uma distância adequada uns dos outros para que o mínimo de sombra atrapalhe o processo.

O fluido aquecido circula na própria torre solar (Figura 14), sem a necessidade da

instalação de tubulações nos espelhos. A torre solar gera temperaturas elevadas o bastante para



transformar água em vapor (150°C a 2000°C), permitindo a movimentação de turbinas para

geração de eletricidade, ou ainda, a canalização para injeção direta em poços de petróleo

(Malagueta, 2012).

Figura 14 - Torre solar

Fonte: http://energiaheliotermica.gov.br acesso em 11/11/2017

O processo não é totalmente eficiente devido a não-disponibilidade de radiação solar

durante a noite, sendo necessário o uso em conjunto com as caldeiras (figura 15).

Figura 15 - Geração de vapor ao longo do dia

Fonte: adaptado de https://www.glasspoint.com/technology/integration acesso em 09/11/2017



3 MATERIAS E MÉTODOS

Neste capítulo será apresentada a metodologia empregada no presente trabalho. Onde,

foi realizado um levantamento bibliográfico abrangendo as tecnologias disponíveis no mercado

para a utilização no aquecimento solar, buscando a integração entre energias renováveis e

métodos térmicos de recuperação avançada de petróleo.

Serão apresentadas as características de um campo localizado no nordeste do Brasil,

com as informações referentes ao atual processo de produção de vapor. Posteriormente, estudos

de casos reais serão expostos, visando a inserção de novas tecnologias ao modelo atual de

produção adotado.

3.1 Caracterização do campo

A localização geográfica do Rio Grande do Norte, especificamente da Bacia Potiguar

onde fica localizada a formação Açu, é afortunada por ter disponibilidade de uma quantidade

elevadíssima de radiação solar durante o dia. Este potencial térmico é muito pouco explorado,

quando comparado a outros países, que utilizam da energia solar para geração de energia

elétrica e aquecimento de fluidos.

O campo de Alto do Rodrigues, localizada entre os municípios de Alto do Rodrigues e

Pendências no estado do Rio Grande do Norte, possui uma área de exploração de

aproximadamente 65,17 km² e tem o óleo como principal fluido de extração. É um campo

onshore (quando a produção ocorre completamente em terra) e fica entre os campos de Estreito

e de Monte Alegre (Figura 16). De acordo com o Plano de Desenvolvimento de Alto do

Rodrigues (ANP, 2016), o campo teve sua produção iniciada no dia 30/06/1981 e a única

concessionária participante na extração é a Petrobras.

Ainda sobre o Plano de Desenvolvimento da ANP (2016), existem 712 poços envolvidos

na produção, sendo 592 poços produtores e 120 poços injetores. O volume in place em

dezembro de 2015 era de 308,15 milhões de barris de petróleo e 298,60 milhões de metros



cúbicos. Já a produção acumulada do campo, totaliza 50,57 milhões de barris de petróleo e 0,08

milhões de metros cúbicos de gás natural.

Figura 16 - Mapa de localização do campo Alto do Rodrigues

Fonte: Relatório referente ao Plano de Desenvolvimento de Alto do Rodrigues, ANP, 2016

O modelo geológico da área do campo de Alto do Rodrigues é formado pelas

Formações Pendência, Alagamar, Açu, Jandaíra, Barreiras e depósitos fluviais

recentes. O arcabouço estrutural da área do campo é caracterizado pelo trend de falhas

denominado Falha de Carnaubais, que representa um lineamento de direção NNE, de

caráter transcorrente dextral. A Falha de Carnaubais atuou como descontinuidade

responsável pela implantação do graben, que culminou com a instalação da Bacia

Potiguar. A produção de óleo iniciou através da explotação da Zona Açu100, seguida

da Zona Açu140 e bem mais tarde iniciou a explotação da Zona Açu300. (ANP, 2016)

O volume de injeção de vapor pode variar para cada operação. No caso da injeção cíclica

de vapor, que geralmente precede a injeção contínua, o volume é dimensionado através de cotas

proporcionais a espessura porosa saturada por petróleo. Sendo utilizadas cotas que variam de

100 a 200 toneladas de vapor por metro linear de espessura porosa saturada por óleo. Já a



injeção contínua de vapor, na zona portadora de petróleo, consiste na injeção diária de vazões

entre 60 m³/d e 200m³/d. (GUSHIKEN e SIQUEIRA, 2008)

3.2 Estudo de caso 1: Coalinga, CA

Localizado na cidade de Coalinga, CA (320 km de Los Angeles) a planta solar piloto,

realizada em uma parceria entre a Chevron e a BrightSource entre 2011-2014, tem extensão de

404.686 m² (100 Acres) e utiliza a torre solar para produzir 29 MWt (Megawatts térmico),

equivalente a aproximadamente 13 MWe (Megawatts elétrico).

O projeto de Coalinga (Figura 17) é totalmente voltado para o uso na recuperação

avançada de petróleo, com dimensionamento (tabela 2) realizado para se adequar ao volume de

vapor solicitado para este campo.

Figura 17 - Torre solar em Coalinga, CA

Fonte: http://www.brightsourceenergy.com acesso em 09/11/2017

Tabela 2 - Torre solar coalinga

Número de Helióstatos 3.822

Número de espelhos 7.644



Altura da torre 327 pés = 100 m

Fonte: adaptado de http://www.brightsourceenergy.com acesso em 09/11/2017

3.3 Estudo de caso 2: Amal, Omã

O projeto piloto da Petroleum Development Oman - PDO em parceria com a Glasspoint

(Figura 18) colocou a cidade de Amal – Omã em uma posição de prestígio no quesito inovação.

Operando desde dezembro de 2012, o aproveitamento da energia solar, por meio do uso de uma

combinação de tecnologias que envolve: concentradores cilíndricos-parabólicos e uma casa de

vidro, culmina em uma produção energética de 7 MWt, gerando uma média de 50 toneladas de

vapor livre da emissão de carbono por dia, conforme citado na revisão bibliográfica do presente

trabalho. (Glasspoint Solar, 2016).

Figura 18 – Planta piloto da PDO em Amal

Fonte: www.glasspoint.com/markets/oman/ acesso em 14/11/2017

A área da instalação é de 17.280 m², e representa uma economia energética de 47.000

MMBtus por ano de gás. De acordo com o centro nacional de estatísticas e informações de Omã

(NCSI, 2017), o gás utilizado para suprir a necessidade energética do campo de Amal é

equivalente a 20% de todos o gás utilizado no país. Até 2020 este valor será ainda maior com a

instalação de um dos maiores campos de concentradores solares cilíndricos-parabólicos do



mundo. O projeto “Miraah” terá potencial de pouco mais de 1 GWt (1.021 MWt), com potencial

para gerar incríveis 6.000 toneladas de vapor por dia. (Glasspoint Solar, 2016).

O principal diferencial desta tecnologia é a utilização da casa de vidro, que previne uma

perda de aproximadamente 15% de eficiência total de aquecimento. A casa de vidro fica

localizada a 6,1 m acima do solo, e o design é capaz de reduzir 50% da sujeira associada aos

coletores, quando comparada a coletores sem tal proteção. (Glasspoint Solar, 2016).



4 RESULTADOS E DISCUSSÕES

No presente capítulo serão discutidas as possibilidades de inserção das tecnologias

expostas no capítulo anterior, sustentando o método na cadeia de injeção de vapor. Dois tipos

de coletores foram escolhidos com base no intervalo de temperaturas e nos volumes de vapor

que eles são capazes de trabalhar.

O primeiro caso apresenta as vantagens do uso da torre solar, já o segundo apresenta as

vantagens do uso da aplicação do concentrador cilíndrico-parabólico, em conjunto com a casa

de vidro. Em seguida, serão apresentadas sugestões para aplicação de tais tecnologias na bacia

potiguar.

4.1 Vantagens do uso de concentradores solares

Apesar do impacto causado pela grandiosidade dos projetos, a instalação de uma torre

solar e de um campo de coletores cilíndricos-parabólicos pode ser economicamente viável para

as regiões onde a radiação solar é abundante. O processo resumido do ciclo de produção e

aplicação do vapor em torres solares está representado na (Figura 19).

Figura 19 - Representação do processo de aquecimento solar associado a injeção de vapor

Fonte: adaptado de http://www.brightsourceenergy.com acesso em 09/11/2017

http://www.brightsourceenergy.com/



O vapor, que seria produzido pelas caldeiras, agora será produzido em conjunto com a

torre solar (Figura 20). Direcionando o vapor para um recipiente trocador de calor, é possível

controlar a vazão de injeção e manter a temperatura com uma quantidade de combustíveis

inferior a utilizada pelas caldeiras. Posteriormente, a água reciclada do processo completo

poderá ser novamente redirecionada para o trocador de calor, viabilizando uma otimização no

processo com uso de menos água.

A aplicação de coletores cilíndricos-parabólicos reduziu aproximadamente 80% do

consumo de gás natural na planta piloto da PDO, em Amal – Omã. Este gás pode ser

redirecionado para outros usos, como por exemplo: exportação, geração de energia e uso

industrial. Além da diminuição da emissão de carbono para a atmosfera, tornando o processo

mais limpo. (Glasspoint Solar, 2016).

Figura 20 - Ciclo de geração de vapor em Amal, Omã

Fonte: adaptado de https://www.glasspoint.com/markets/oman 09/11/2017

https://www.glasspoint.com/markets/oman



4.2 Aplicação dos concentradores em Alto do Rodrigues

De acordo com Chaves (2016, p. 33), são utilizados 514 m³ de combustível (gás natural)

por hora para gerar 145 m³ de vapor em um projeto localizado na bacia potiguar. No processo

de injeção em um campo nesta mesma localização, a temperatura do vapor é de 281ºC e a

pressão é de 63 kgf/cm².

Adotando como parâmetro a média de 8 horas de insolação diária para o nordeste

brasileiro, e o volume de gás injeção de 520 m³ por hora para a injeção contínua de vapor, é

possível mensurar uma economia de, pelo menos, 4.112 m³ de gás por dia. Em um ano, este

valor será próximo de 1.480.320 m³ de gás economizado.

Outros valores de economia de gás serão apresentados na (Tabela 3), levando em

consideração diferente cenários de insolação diária:

Tabela 3 - Economia de gás para diferentes ofertas de insolação diária

Insolação diária (horas) Volume de gás equivalente (m³/dia)

4 2.056

6 3.084

8 4.112

10 5.140

12 6.168

Fonte: Autor



5 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES

Neste capitulo, serão apresentadas as conclusões referentes a viabilidade da aplicação

de concentradores solares, realizando uma avaliação geral de todos os temas propostos ao longo

do presente trabalho. Em seguida, serão expostas as sugestões para trabalhos futuros.

5.1 Considerações finais

O aquecimento de fluidos através de concentradores solares já é uma realidade no

mercado. A instalação de plantas de aquecimento solar contribui com a geração de empregos e

reduz consideravelmente a emissão de carbono para a atmosfera. Além disso, por se tratar de

nordeste brasileiro, a oferta de radiação solar possibilita a exploração deste modelo de energia

renovável para diversas outras áreas da indústria.

A escolha do modelo mais adequado para a aplicação deve ser baseada na avaliação da

área em que o projeto será implantado. Quando um projeto possui características inovadoras

dentro de um processo tradicional, é importante levar em conta a confiabilidade do novo

método. Características como: localização do campo, grau API do óleo, recursos para instalação

do projeto, volume de vapor a ser injetado, disponibilidade de água na região, tempo de

instalação e equipamento a ser utilizado, são fundamentais no processo de introdução de um

novo método de recuperação.

Nos exemplos de Coalinga e de Amal, foram apresentados resultados reais de projetos

pilotos de duas tecnologias que conseguiram substituir parcialmente o uso tradicional de

caldeiras a combustível. Com a expansão da tecnologia e a necessidade de baratear o processo

de recuperação de óleos pesados, os dois métodos mostraram potencial para a possível aplicação

em um cenário que possua condições climáticas semelhantes (regiões quentes e com oferta de

radiação solar abundante).

Com base nos argumentos apresentados, associando as características da região do

nordeste brasileiro com os outros países onde as tecnologias já estão em uso, é possível admitir

a possibilidade de inserção dos concentradores solares na cadeia de produção de vapor. As

vantagens associadas possuem um caráter, não apenas econômico, mas também ambiental.



5.2 Recomendações

Para estudos futuros que sigam o mesmo tema, recomenda-se a realização do

dimensionamento de uma planta de produção de vapor com a inserção de coletores ou

concentradores solares. Indica-se ainda, estudos de casos de outras tecnologias de

concentradores ou coletores solares. Visando a inserção das energias renováveis dentro do

cenário da indústria petrolífera.

Além disso, como recomendação, propõe-se a expansão do uso de sistemas híbridos,

que permitam a exploração energética em plataformas marinhas – offshore. Com o atual

panorama da indústria petrolífera no Brasil, estes temas poderiam se complementar para o

desenvolvimento de uma tecnologia que permita o barateamento da produção de petróleo em

alto mar.



REFERÊNCIAS

ALTO DO RODRIGUES, ANP. Plano de desenvolvimento. Disponível em:

<www.anp.gov.br/wwwanp/?dw=81096 Acesso em: 10 Out. 2017

ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica - (Org.). Atlas de Energia Elétrica do Brasil:

Energia Solar. Disponível em: <http://www2.aneel.gov.br/aplicacoes/atlas/pdf/03-

Energia_Solar(3).pdf>. Acesso em: 05 Nov. 2017

TIBA, Chigueru (Ed.). Atlas solarimétrico do Brasil: Banco de dados solarimétricos. Recife:

Editora Universitária da Ufpe, 2000. 111 p.

BIZZO, Waldir. GERAÇÃO, DISTRIBUIÇÃO E UTILIZAÇÃO DE VAPOR. Campinas:

Unicamp, 2003. 128 p.

BRESSAN, Lia Weigert. Recuperação Avançada de Petróleo. Porto Alegre: PUCRS. 2008

28 p.

BRIGHTSOURCE. Coalinga Project Facts. 2017. Disponível em:

<http://www.brightsourceenergy.com/stuff/contentmgr/files/0/ad5d33a2bc493a5079b5dda609

724238/folder/coalinga_fact_sheet.pdf> Acesso em: 15 Out. 2017.

CANÊDO, Letícia Bicalho. A Revolução Industrial - Discutindo a História. Editora Atual.

São Paulo, 1985.

DECICINO, Ronaldo. Protocolo de Kyoto: Países se comprometeram a reduzir a emissão

de gases. 2007. Disponível em: <https://educacao.uol.com.br/disciplinas/geografia/protocolo-

de-kyoto-paises-se-comprometeram-a-reduzir-emissao-de-gases.htm>. Acesso em: 01 Nov.

2017.



ELEKTRO, Penseeco (Org.). Manuais Elektro de Eficiência Energética: Segmento

Industrial. Disponível em:

<https://www.elektro.com.br/Media/Default/DocGalleries/Eficientiza%C3%A7%C3%A3o%

20Energ%C3%A9tica/GERACAO_DE_VAPOR_E_CALOR.pdf >. Acesso em: 08 nov. 2017.

ENERGÉTICA, Empresa de Pesquisa. Projeção da demanda de energia elétrica para os

próximos 10 anos (2017-2026). Disponível em:

<http://www.epe.gov.br/mercado/Documents/DEA 001_2017 - Projeções da Demanda de

Energia Elétrica 2017-2026_VF.pdf>. Acesso em: 10 Out. 2017.

ENERGIA, Portal. Energias renovaveis. Disponível em: <https://www.portal-

energia.com/category/energias/>. Acesso em: 02 Nov. 2017

PEREIRA, Enio Bueno (Brasil) (Ed.). Atlas Brasileiro de Energia Solar. São José dos

Campos: Inpe, 2006. 60p. Disponível em:

<http://ftp.cptec.inpe.br/labren/publ/livros/brazil_solar_atlas_R1.pdf>. Acesso em: 20 Out.

2017.

FILHO, José Ribeiro de Souza. PROJETO, CONSTRUÇÃO E LEVANTAMENTO DE

DESEMPENHO DE UM CONCENTRADOR SOLAR CILÍNDRICO PARABÓLICO

COM MECANISMO AUTOMÁTICO DE RASTREAMENTO SOLAR. Natal, UFRN:

2008.

GALVAO, Edney Rafael Viana Pinheiro. Injeção de vapor solvente como um método de

recuperação avançada em reservatórios de óleo pesado. Universidade Federal do Rio

Grande do Norte. Natal, 2008. 124 f.

GLASSPOINT. PDO Solar Steam Pilot, Case Study. 2016. Disponível em:

https://www.glasspoint.com/wp-content/uploads/PDO-Pilot-Case-Study.pdf Acesso em: 17

Out. 2017.



GREEN, Don W.; WILLHITE, G. Paul. Enhanced Oil Recovery: SPE Textbook Series. 6.

ed. Richardson, Texas: Society Of Petroleum Engineers, 1998. 545 p.

GUSHIKEN, Maurício Takechin; SIQUEIRA, José Batista. Anais. In: CONGRESSO

BRASILEIRO DE ÁGUAS SUBTERRÂNEAS, 15., 2008, Natal. CARACTERÍSTICAS

GERAIS DOS PROJETOS DE INJEÇÃO DE VAPOR NOS RESERVATÓRIOS

PRODUTORES DE PETRÓLEO DA FORMAÇÃO AÇU NA BACIA POTIGUAR.

Natal: Abas, 2008.

INSTITUTO BRASILEIRO DE INFORMAÇÃO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA (IBICT).

Energia Heliotérmica: Como Funciona. Disponível em:

<http://energiaheliotermica.gov.br/pt-br/energia-heliotermica/como-funciona>. Acesso em: 05

nov. 2017.

KALOGIROU, Soteris. Solar energy. Londres: Elsevier Inc, 2009.

LORA, Electo Eduardo Silva et al (Org.). Biocombustivel: Gaseificação e pirolise para a

conversão da biomassa em eletricidade e biocombustivel. Rio de Janeiro: Interciencia, 2012.

1100 p.

MALAGUETA, Diego C. Geração Heliotérmica – Princípios e Tecnologias. Centro de

Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito – CRESESB. Rio de Janeiro,

2012. 43p.

NASCIMENTO, Rodrigo Limp. Energia Solar no Brasil: Situação e Perspectivas. Brasília:

Câmara dos Deputados, 2017.

RODRIGUES, Marcos Alysson Felipe. Análise de Viabilidade de um Fluido Alternativo ao

Vapor em Reservatórios de Óleo Pesado. Universidade federal do Rio Grande do Norte.

Natal, RN, 2012. 231 f.



ROSA, Adalberto José; CARVALHO, Renato de Souza; XAVIER, José Augusto Daniel.

Engenharia de Reservatórios de Petróleo. Rio de Janeiro: Interciência, 2006.

SILVA, Jorge José Barbosa da. Análise técnica e econômica de um sistema fotovoltaico

como fonte de energia para agricultura familiar. Universidade Federal de Lavras. MG, 2014.

59 f.

SESMIL, Edson Luís Fernandes. Energia Maremotriz: Impactos Ambientais e Viabilidade

econômica no Brasil. Minas Gerais: LAVRAS, 2013. 62p.

VILLALVA, Marcelo Gradella. Energia Solar Fotovoltaica - Conceitos e Aplicações. 2. ed.

São Paulo: Saraiva, 2015. 224 p.