Sistema termodinâmico para caracterização de sondas de fluxo de calor

Abstract

Na indústria do petróleo, vazamentos acidentais de óleo e derivados ao longo da cadeia de produção, transporte, refino e distribuição representam graves ameaças à saúde humana e ao equilíbrio ambiental, além de acarretarem altos custos para as petrolíferas na recuperação de áreas contaminadas. Uma abordagem promissora para mitigar a contaminação é o Natural Source Zone Depletion (NSZD), um processo de longo prazo impulsionado pela biodegradação natural de hidrocarbonetos, que tem demonstrado eficácia comparável a técnicas de remediação ativa, porém com custos significativamente menores. Esse avanço incentivou o desenvolvimento do Sistema Termodinâmico de Monitoramento de Fontes (STMF), uma abordagem inovadora e de baixo custo para o monitoramento em tempo real do processo de NSZD em áreas contaminadas. Utilizando sondas subterrâneas de fluxo de calor integradas a modelos matemáticos, o sistema permite estimar as taxas de depleção do NSZD por meio do balanço termodinâmico do solo. No entanto, a estimativa exata do fluxo de calor no centro da sonda é limitada por questões físicas e instrumentais inerentes à própria sonda, como a distância finita entre os pontos de medição no cálculo do gradiente de temperatura e a resolução limitada dos sensores de temperatura, além de não considerar as propriedades térmicas específicas de cada área analisada, comprometendo os resultados. Para contornar os problemas mencionados, este trabalho propõe o desenvolvimento de um Sistema Termodinâmico para Caracterização de Sondas de Fluxo de Calor, capaz de caracterizar localmente as sondas utilizadas em STMFs. Esse sistema possibilita a determinação dos parâmetros térmicos do solo no local de interesse, fornecendo uma representação digital detalhada do cenário experimental por meio de simulações numéricas otimizadas experimentalmente. Isso permite o estudo de modelos calibrados de sondas de fluxo de calor, contribuindo para a melhoria das medições. O sistema é composto por um volume de controle isolado termicamente do ambiente, com a capacidade de gerar fluxos de calor controlados no meio. Além disso, inclui um gabinete de controle para o gerenciamento do sistema e coleta dados experimentais, bem como um software de interface gráfica para a configuração dos parâmetros dos experimentos. Os resultados obtidos por testes de validação confirmaram o funcionamento do sistema desenvolvido, evidenciando que o projeto atingiu com êxito um mínimo produto viável funcional.