CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro

METODOLOGIA SELECTIVA DE TECNOLOGIAS PARA O TRATAMENTO DE FLUIDOS DE RETORNO POST-FRACTURA E REUTILIZAÇÃO DE ÁGUA NA FRACTURAÇÃO HIDRÁULICA EM ROCHA DE ORIGEM - UMA ESTRATÉGIA PARA REDUZIR IMPACTOS AMBIENTAIS NA COLÔMBIA

ABSTRACT The development of unconventional reservoirs (source rocks) around the world in the last years intensified the use of hydraulic fracturing as stimulation technique in the petroleum industry. Nevertheless, the amount of water used for its execution, the legal restrictions implemented in certain regions for the application of this technology and the possible environmental impact generated, are issues to take into account. In that way, petroleum industry has begun the implementation of technologies for post-frac flowback treatment of these kinds of reservoirs with the aim of converting those waste volumes into an important asset for recurrent hydraulic fracturing operations. The water cycle into these operations begins with the capture of this resource at surface and then, it is mixing with chemicals and proppant to generate the fracturing fluid, which is pumped to the well to create the fractures in the target formation. Once the well starts producing, a fraction of the water injected during the fracturing operation along with formation water, are back produced to surface and finally treated or injected through disposal wells. Given that in Colombia the development of unconventional reservoirs is on its very preliminary phase, there are no studies related to the flowback treatment, which is a sensitive issue in making decisions to develop this energy resource in the country. Hence, this research proposes a methodology for selecting technically technologies suitable for flowback treatment in unconventional reservoirs in Colombia. A review of technical parameters and experiences in a real scale of different technologies, a sensitivity analysis of four water stability indexes, a correlation between flowback physical chemical parameters of a geological formation similar to Colombian geological formation and an economic analysis are presented. The best option always arises from the higher operational efficiency at the lowest cost.

RESUMEN El desarrollo de yacimientos no convencionales (roca generadora) a nivel mundial intensificó el uso del fracturamiento hidráulico como técnica de estimulación en la industria petrolera. No obstante, la cantidad de agua requerida para su ejecución, las restricciones legales implementadas en ciertas regiones para la aplicación de esta tecnología y el posible impacto generado en el ambiente, son aspectos relevantes a tener en cuenta. En este sentido, la industria petrolera inició hace algunos años la implementación de tecnologías que permitan tratar el agua de retorno proveniente de estos yacimientos, con la finalidad de convertir estos volúmenes residuales en activos de importancia, en posteriores etapas de fracturamiento. El ciclo del agua dentro de estas operaciones inicia con la captación de este recurso en cuerpos superficiales, a continuación es mezclada con los aditivos químicos y el material propante para generar el fluido de fractura, que posteriormente es bombeado al pozo para generar las fracturas en la formación de interés. Luego que el pozo se ha puesto en producción, parte del agua inyectada con el fluido, sumada a una parte del agua de formación retornan a superficie, en donde son luego tratadas o inyectadas en pozos de disposición. Para el caso de Colombia donde el desarrollo de este tipo de yacimientos se encuentra en su etapa inicial, no se dispone de estudios relacionados con el tratamiento del agua de retorno, tema sensible en la toma de decisiones para desarrollar esta fuente energética en el país. En función de lo anterior, el presente trabajo de investigación propone una metodología para seleccionar la(s) tecnología(s) que pueden tratar de manera eficiente el agua de retorno en yacimientos no convencionales en Colombia, la cual incluye la revisión de los parámetros técnicos y las experiencias a escala real de cada tecnología, los análisis de sensibilidad de cuatro índices de estabilidad del agua, la correlación de las características fisicoquímicas del agua de retorno de una formación extranjera similar a una formación colombiana y el análisis económico de las tecnologías seleccionadas. La mejor opción surge de la más alta eficiencia operacional al menor costo posible.

RESUMO Odesenvolvimento de jazidas não convencionais (rocha de origem) à escala mundial intensificou o uso do fracturamiento hidráulico como técnica de estimulação na indústria petrolífera. Não obstante, a grande quantidade de água utilizada para sua execução, as restrições legais implementadas em várias regiões para uso da população e o possível impacto gerado no ambiente, são aspectos importantes para levar em mente. Neste sentido, há algum tempo, a indústria petrolífera iniciou a implementação de tecnologias para tratar o água de retorno derivado dessas jazidas, com o intuito de transformar estes volumes residuais em ativos de importância, em estágios subsequentes de fracturamiento. O ciclo de água dentro destas operações inicia com a captação deste recurso em corpos superficiais, sendo misturada a seguir com os aditivos químicos e o material propante para gerar o fluido de fratura, que depois é bombeado ao poço para gerar as fraturas na formação de interesse. Depois do poço ter sido colocado em produção, parte da água injetada com o fluido, somada a uma porção da água de formação retornam à superfície, para serem tratada ou injetadas em poços de eliminação. No caso da Colômbia, onde o desenvolvimento deste tipo de jazidas se encontra na fase inicial, não há estudos relacionados com o tratamento do flowback, assunto sensível na tomada de decisões para desenvolver esta fonte energética no país. Tendo em conta o que precede, este trabalho de pesquisa propõe uma metodologia para selecionar a (s) tecnologias (s) que podem tratar eficientemente o água de retorno em jazidas não convencionais na Colômbia, que inclui a revisão dos parâmetros técnicos e as experiências à escala real de cada tecnologia, as análises de sensibilidade de quatro índices de estabilidade da água, a correlação das características fisioquímicas do água de retorno de uma formação estrangeira similar a uma formação colombiana e a análise econômica das tecnologias selecionadas. A melhor opção surge da mais alta eficiência operacional ao menor custo possível.

PALINOLOGIA DA PARTE BAIXA DA FORMAÇÃO CAPACHO - FORMAÇÃO AGUARDIENTE, BACIA DO CATATUMBO, COLÔMBIA

ABSTRACT The Catatumbo Basin is located in the North East of Colombia and is the opposite side of the Maracaibo basin in Venezuela. Although the main hydrocarbon reservoirs belong to the Cenozoic, the Cretaceous also has reported good results in oil production. The Aguardiente Formation is one of the main Cretaceous reservoirs of the basin. Key aspects of this Formation including age and depositional environment are still unclear. In this paper, we analyze the palynology of 86 samples from the Aguardiente and the Capacho Formations. Palynology suggests an Albian-Early Cenomanian age for the sequence. The Aguardiente accumulated in transitional environments while the Capacho accumulated in shallow marine environments.

RESUMEN La cuenca del Catatumbo se encuentra localizada en la parte nororiental de Colombia y es la contraparte de la cuenca de Maracaibo en Venezuela. Los principales reservorios se encuentran en la secuencia Cenozoica. Sin embargo, históricamente la secuencia Cretácica ha reportado buenos resultados en términos de producción de hidrocarburos. Este hecho ha renovado el interés en explorar y probar esta secuencia tanto para Hidrocarburos convencionales como para no convencionales. A este respecto, la formación Aguardiente es uno de los principales reservorios de la cuenca. Aunque ha sido perforado y estudiado en diferentes pozos, aspectos claves como su edad, ambiente de depósito y relación cronoestratigráfica con otras unidades aún no es claro. En este trabajo se presentan los resultados del análisis palinológico efectuado en 86 muestras de la Formación Aguardiente y la parte baja de la Formación Capacho. Dichos datos permitieron establecer un marco bioestratigráfico basado en palinomorfos y con el cual fue posible establecer una serie de eventos que sugieren una edad Albiano - Cenomaniano para el intervalo analizado. Adicionalmente se presentan evidencias palinológicas de un posible ambiente de depósito marino somero de estas unidades.

RESUMO Abacia do Catatumbo localiza-se na região nordeste da Colômbia e é a contraparte da bacia de Maracaibo, na Venezuela. Na sequência Cenozoica encontram-se os principais reservatórios. No entanto, historicamente a sequência Cretácica tem revelado bons resultados em termos de produção de hidrocarbonetos. Este fato tem renovado o interesse em explorar e testar esta sequência tanto para hidrocarbonetos convencionais, quanto para não convencionais. Neste contexto, a Formação Aguardiente é um dos principais reservatórios da bacia. Embora tenha sido perfurado e estudado em diversos poços, aspectos chaves como sua idade, ambiente de deposito e relação cronoestratigráfica com outras unidades ainda não está claro. No seguinte trabalho apresentam-se os resultados da análise palinológica praticada em 86 amostras da Formação Aguardiente e a região baixa da Formação Capacho. Esses dados permitiram o estabelecimento de um marco bioestratográfico baseado em palinomorfos e com o qual foi possível estabelecer uma série de eventos que sugerem uma idade Albiana-Cenomaniana para o intervalo analisado. Além do mais, apresentam-se evidencias palinológicas de um possível ambiente de depósito marino superficial destas unidades.

INFLUÊNCIA DA MATRIZ DA ROCHA NA CINÉTICA OXIDAÇÃO DE PETRÓLEO BRUTOS PESADOS

ABSTRACT This paper focuses on the study of the influence of rock matrix on oxidation kinetics through the analysis of kinetic experiments for a Colombian heavy crude using various porous media: synthetic sand, drilling cuttings, reservoir core and outcrop. The main objective is to evaluate the kinetic behavior of packing with porous media other than the original rock matrix to determine the feasibility of using them as a replacement for the original reservoir rock, while maintaining the representativeness of the results. The importance resides on the fact that the observed kinetics can be used to assess the technical feasibility for the implementation of an air injection process. The experimental design involves performing kinetic cell tests varying only the porous medium, while keeping the same fluid and the same operating conditions. For the dataset compiled, variables such as: oxygen consumed, carbon oxides produced and H/C ratio were determined. The results showed that it is possible to make reliable laboratory studies for air injection process using packing other than reservoir core as a more convenient alternative.

RESUMEN Este trabajo se centra en el estudio de la influencia de la matriz de roca en la cinética de oxidación a través del análisis de experimentos cinéticos realizados para un crudo pesado colombiano utilizando diferentes tipos de medio poroso: arena sintética, cortes de perforación, afloramiento y núcleo. El objetivo principal es evaluar el comportamiento cinético de empaquetamientos con medios porosos diferentes a la matriz original, para determinar la factibilidad de usarlos como reemplazo de la roca original del yacimiento, manteniendo la representatividad de los resultados. La importancia radica en que la cinética observada se utilizará para evaluar la factibilidad técnica de la implementación del proceso de inyección de aire. El diseño experimental comprende la realización de ensayos de celda cinética variando solamente el medio poroso, manteniendo el mismo fluido y las mismas condiciones de operación. Al conjunto de datos recopilado se le determinaron variables como: oxígeno consumido, óxidos de carbono producidos y relación H/C. Los análisis realizados mostraron que es posible realizar estudios confiables de laboratorio para el proceso de inyección de aire utilizando empaquetamientos alternativos al núcleo del yacimiento.

RESUMO Ofoco deste trabalho é o estudo da influência da matriz de rocha na cinética de oxidação através da análise de experimentos cinéticos realizados para um petróleo bruto pesado colombiano utilizando diferentes tipos de meio poroso: areia sintética, cortes de perfuração, afloramento e núcleo. O principal objetivo é avaliar o comportamento cinético de empacotamentos com meios porosos diferentes à matriz original, para determinar a viabilidade de usá-los como substituição da rocha original da jazida, mantendo a representatividade dos resultados. A importância reside em que a cinética observada será utilizada para avaliar a viabilidade técnica da implantação do processo de injeção de ar. O desenho experimental inclui a realização de ensaios de célula cinética variando apenas o meio poroso, mantendo o mesmo fluxo e iguais condições de operação. Ao conjunto de dados coletados foram determinadas variáveis como: oxigênio consumido, óxidos de carbono produzidos e relação H/C. As análises realizadas mostraram que é possível efetuar estudos laboratoriais confiáveis para o processo de injeção de ar utilizando empacotamentos alternativos ao núcleo da jazida.

FORÇAS DE ADESÃO EM MISTURAS ASPHALT NA NANO ESCALA

ABSTRACT The adhesion forces between bitumen and minerals were measured, using Atomic Force Microscopy (AFM). The AFM enables the study of the interactions between two molecules in a same surface or at interfaces and their behavior. In this case, bitumen samples with different properties were placed in contact with AFM modified tips. The tips were fabricated with minerals found in aggregates used in asphalt mixtures, like silicon dioxide (SiO2) and calcium carbonate (CaCO3). The work of adhesion was obtained measuring adhesion forces for each bitumen-mineral pair. The direct measurement of forces between asphalt and aggregates at interface level through nanoscopic techniques provides a better insight of the system and its characteristics. This will help to improve the selection of bitumen-aggregate combinations used in asphalt mixtures, obtaining systems with higher bond strength, therefore more resistant to failures.

RESUMEN Las fuerzas de adhesión entre asfalto y diferentes minerales fueron obtenidas empleando el microscopio de fuerza atómica (AFM). El AFM permite el estudio de la interacción entre dos moléculas en la misma superficie o en interfaces y su comportamiento. En esta investigación, varias muestras de asfalto con diferentes propiedades fueron puestas en contacto con puntas modificadas para el AFM. Estas puntas fueron fabricadas con minerales comúnmente encontrados en los agregados empleados en mezclas asfálticas, como son en dióxido de silicio (SiO2) y el carbonato de calcio (CaCO3). El trabajo de adhesión fue obtenido empleando curvas de fuerza - distancia para cada sistema asfalto-mineral. La medición directa de las fuerzas desarrolladas entre asfalto y agregado en la interface empleando técnicas nanoscopicas proveen un mejor entendimiento del sistema y sus características. Esto, sin duda alguna contribuirá en la selección de combinaciones asfalto - agregado empleadas en mezclas asfálticas que desarrollen enlaces más fuertes, produciendo sistemas más resistentes a las diferentes fallas relacionadas al fenómeno de adhesión que pueden generarse en pavimentos asfálticos.

RESUMO As forças de adesão entre o asfalto e diversos minerais foram obtidas através microscópio de força atômica (AFM) O AFM possibilita o estudo entre duas moléculas na mesma superfície ou em interfaces e seu comportamento. Várias amostras de asfalto com diversas propriedades foram colocadas em contato com pontas modificadas para o AFM, nesta pesquisa. Essas pontas foram fabricadas com minerais geralmente encontrados nas adições empregadas em misturas asfálticas, tais como dióxido de silício (SiO2) e o carbonato de cálcio (CaCO3). O trabalho de adesão obteve-se empregando curvas de força (distância para cada sistema asfalto-mineral). A medição das forças desenvolvidas entre asfalto e adição na interface utilizando técnicas nanoscópicas dão uma melhor compreensão do sistema e suas características. Isso, sem dúvida nenhuma, irá contribuir na seleção de combinações asfalto - adições utilizadas em misturas asfálticas que desenvolvam ligações mais fortes, produzindo sistemas mais resistentes às diversas falhas relacionadas com o fenômeno de atrito que podem ser geradas em pavimentos asfálticos.

COMPARAÇÃO DOS MODELOS EULERIANO E VOF PARA AVALIAÇÃO DE ESCOAMENTO BIFÁSICO EM TUBULAÇÕES VERTICAIS

ABSTRACT The appropriate characterization of the two-phase flow has been recently considered as a topic of interest at industrial level. The Computational Fluid Dynamics (CFD) is one of the techniques used for this analysis. Commonly, the Volume Of Fluid (VOF) model and the Eulerian model are used to model the two-phase flow. The mathematical formulations of these models cause differences in their convergence, computational time and accuracy. This article describes the differences between these two models for applications in the two-phase upward-flow. In order to accomplish this objective, the CFD models were validated with experimental results. This study modeled six experiments with an orthogonal (butterfly) grid. As a result, the Eulerian model shows mean square errors (13.86%) lower than the VOF model (19.04%) for low void fraction flows (< 0.25). Furthermore, it was demonstrated that Eulerian model performance is independent from grid, spending less computational time than the VOF model. Finally, it was determined that only the VOF model predicts the pattern flow.

RESUMEN La correcta caracterización del flujo bifásico se ha vuelto un tema de interés a nivel industrial. La mecánica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés) es una de las técnicas utilizadas para estos análisis. Comúnmente se utiliza en esta herramienta el modelo de volumen de fluido (VOF, por sus siglas en inglés) y modelo Euleriano. La formulación matemática de estos modelos genera diferencias en su convergencia, exactitud y desempeño computacional. Este trabajo pone en evidencia las diferencias de estos dos modelos para aplicaciones de flujo bifásico en dirección vertical. Con el fin de llevar a cabo este objetivo se debe validar estos modelos con resultados experimentales. En este proyecto se realizó la modelación de seis experimentos haciendo uso de un mallado tipo ortogonal (mariposa). Como resultado el modelo Euleriano presenta un error cuadrático medio (13.86%) inferior al modelo VOF (19.04%) para flujos con baja fracción de vacío (< 0.25). Por otro lado, se evidenció que el modelo Euleriano es independiente de la malla permitiendo un tiempo de simulación menor al del modelo VOF. Finalmente, se determinó que el modelo VOF permite predecir el patrón de flujo a diferencia del modelo Euleriano.

RESUMO Acaracterização adequada do escoamento bifásico tem se tornado um assunto de interesse no âmbito industrial. A mecânica dos fluidos computacional (CFD, por suas siglas em inglês) é uma das técnicas para essas análises. Nesta ferramenta utiliza-se normalmente o modelo de volume de fluido (VOF, por siglas em inglês) e o modelo Euleriano. A formulação matemática destes modelos gera diferenças na sua convergência, exatidão e desempenho computacional. Este trabalho destaca as diferenças destes dois modelos para aplicações de escoamento bifásico em direção vertical. Para atingir esse objetivo é preciso validar estes modelos com resultados experimentais. Neste projeto realizou-se a modelagem de seis experimentos empregando uma malha ortogonal. Como resultado, o modelo Euleriano apresenta um erro quadrático médio (13.86%) inferior ao modelo VOF (19.04%) para fluxos com baixa fração de vazio (<0.25). Por sua vez, evidenciou-se que o modelo Euleriano é independente da malha, possibilitando um período de simulação menor ao do modelo VOF. Por fim, determinou-se que o modelo VOF serve para prever o padrão de escoamento ao contrário do modelo Euleriano.

SIMULAÇÃO DE UMA PLANTA PILOTO DE UM REATOR DE COQUEAMENTO RETARDADO APLICANDO UM CÓDIGO INTERNO DE FLUIDODINÂMICA COMPUTACIONAL (CFD)

ABSTRACT A simulation of a pilot plant delayed coking reactor was performed using an in-house computational fluid dynamics (CFD) code. The reactor was modeled as a three-phase dynamic system where the coke is the porous solid phase, the vacuum residue the liquid phase and the distillable product the gas phase. Equations of continuity, momentum, and energy proposed to describe the coking dynamic process where discretized employing the finite volume method and the domain was defined by a 2D structured axisymmetric grid. A PEA algorithm was developed to account for the drag between the fluid phases, and a modified SIMPLEC algorithm achieved the pressure-velocity coupling. The CFD simulator was programmed in C++ code for Linux operating system; all the graphics were constructed in ParaView visualization platform. A full run of 12 hours and the cooling of the resulting coke bed for three different vacuum residues were simulated, the results were compared with experimental data and a good agreement was observed, the simulator demonstrated great potential to be scaled up to industrial level.

RESUMEN Una simulación de un reactor piloto de coquización retardada fue realizada empleando un código propio de dinámica de fluidos computacional (CFD). El reactor fue modelado como un sistema dinámico de tres fases donde el coque es una fase sólida porosa, el fondo de vacío es la fase líquida y los productos destilables son la fase gaseosa. Los balances de continuidad, momento y energía propuestos para describir la dinámica del proceso de coquización fueron discretizados mediante el método de los volúmenes finitos sobre una malla axisimétrica de dos dimensiones. Un algoritmo tipo PEA fue desarrollado para describir el arrastre entre las fases fluidas y un algoritmo SIMPLEC modificado llevó a cabo el acoplamiento entre la presión y la velocidad. El simulador de CFD fue programado en lenguaje C++ para sistema operativo tipo Linux; todos los gráficos fueron construidos en la plataforma de visualización Paraview. Una corrida completa de 12 horas y el posterior enfriamiento de la cama de coque obtenida para tres fondos de vacío fue simulada, los resultados fueron comparados con datos experimentales y un buen acuerdo fue encontrado, el simulador demostró gran potencial para ser escalado a nivel industrial.

RESUMO Foi realizada uma simulação de uma planta piloto de um reator de coqueamento retardado aplicando um código interno de fluidodinâmica computacional (CFD). O reator foi modelado como um sistema dinâmico de três fases, estando o coque em fase sólida, o resíduo de vácuo em fase líquida, e os destiláveis em fase gasosa. As equações de continuidade, de momento e de energia propostas para descrever o processo de coquemento dinâmico foram discretizadas utilizando o método dos volumes finitos, e a área foi definida por uma grade de eixo de simetria estruturada em 2D. Foi desenvolvido um algoritmo PEA para representar o arrasto entre as fases fluidas, e um algoritmo SIMPLEC modificado atingiu o acoplamento pressão-velocidade. O simulador CFD foi programado em código C++ para o sistema operacional Linux. Todos os gráficos foram construídos em uma plataforma ParaView. Simulando a operação de 12 horas e o arrefecimento do leito de coque resultante para três resíduos de vácuo diferentes, os resultados foram comparados com os dados experimentais e foi observado uma boa correlação, o simulador mostrou grande potencial de ser escalado no nível industrial.

MÉTODO PARA O DESENHO DE FOTOBIOREATORES CONTINUOS EM SÉRIE COM RECIRCULAÇÃO PARA CULTURA DE MICROALGAS

ABSTRACT Nowadays, there are functional pilot scale PhotoBioReactors (PBRs), which present serious challenges when performing a scaling up process for an industrial application. The aim of this research was to evaluate the design of several continuous flat plate PBRs connected in series, while allowing constant circulation from the last to the first unit. Scaling up feasibility using the adjunction of new units, instead of PBRs volume increase is analyzed. An ad hoc mathematical model based on mass balances and constitutive equations from literature was constructed; the model integrates the illumination and mass transfer effects on microalgae growth kinetics by a complete model solution. Unfortunately, the model is too complex to be analyzed by conventional methods. Furthermore, it presents problems when evaluated by numeric methods as the results do not have physical meaning and the initial condition has strong effect on the final solution. Hence, this paper presents a simple method to analyze the design of this kind of continuous system. The method allows the design parameters calculation of PBRs system resulting physically in a simple way without having to guess possible system solutions. Moreover it is also shown that the continuous PBRs in series with a recirculation system obtain good amount of microalgae productivity.

RESUMEN Hoy en día, existen fotobiorreactores (PBRs de su sigla en inglés) a escala piloto funcionales, que presentan serios desafíos al momento de realizar un proceso de escalamiento para una aplicación industrial. Este trabajo propone evaluar el diseño de varios fotobiorreactores continuos de placa plana conectados en serie con recirculación desde la última unidad hasta la primera, para analizar la viabilidad del escalado de la productividad a partir de la adición de más unidades en lugar de incrementar el volumen del fotobiorreactor. Para esto, se ha construido un modelo matemático basado en los balances de masa y ecuaciones constitutivas de la literatura, en las cuales se integran los efectos de la iluminación y la transferencia de masa en la cinética de crecimiento de las microalgas. Desafortunadamente, se obtiene un modelo que es muy complejo para evaluar por medios convencionales. Adicionalmente, presenta problemas al evaluarse por métodos numéricos ya que se obtienen resultados que no tienen explicación física y la solución tiene una gran dependencia de las condiciones iniciales. Por lo tanto, este artículo presenta un método sencillo para el análisis del diseño de este tipo de sistema continuo. El método permite obtener los parámetros de diseño del sistema de fotobiorreactores y soluciones con sentido físico de una forma sencilla, sin tener que tantear las posibles soluciones del sistema. Adicionalmente se muestra que el sistema de fotobiorreactores continuos en serie con recirculación proporciona una buena productividad de microalgas.

RESUMO Atualmente existem fotobioreatores de escala piloto funcionais, porém trazem sérias complicações para executar um processo de escalonamento para uma implementação industrial. Este trabalho propõe avaliar a concepção de vários fotobioreatores contínuos de placa plana conectados em série com recirculação desde a última unidade até a primeira, para analisar a viabilidade do escalonamento da produtividade a partir da adição de mais unidades em vez de aumentar o volume do fotobioreator. Para este propósito um modelo matemático foi construído baseado nos balanços de massa e equações constitutivas da literatura, nas quais se integram os efeitos da iluminação e a transferência de massa na cinética de crescimento das microalgas. Infelizmente, obtém-se um modelo que é muito complexo para ser avaliado através de meios convencionais. Além disso, apresenta problemas ao ser avaliado com métodos numéricos, há que se obtêm resultados que não têm explicação física e a solução tem uma grande dependência das condições iniciais. Portanto, este artigo apresenta um método simples para a análise do desenho deste tipo de sistema contínuo. O método permite obter os parâmetros do desenho do sistema de fotobioreatores e soluções com sentido físico de forma simples, sem ter que tentar possíveis soluções do sistema. Além disso, mostra-se que o sistema de fotobioreatores contínuos em série com recirculação oferece uma boa produtividade de microalgas.

METODOLOGIA PARA A DESAGREGAÇÃO DETALHADA DO LCOE DE PLANTAS FOTOVOLTAICAS À GRANDE ESCALA

ABSTRACT This paper presents a breakdown cost methodology to evaluate Levelized Costs of Electricity for large-scale Photovoltaic (PV) plants. The breakdown is based on a comprehensive taxonomy to evaluate Investment Costs (IC) and Operation and Maintenance (O&M) expenditures. We added an IC disaggregation level, called elements, on top of the five-component breakdown of the Energy Information Administration (EIA). In addition, a novel structure for disaggregating O&M costs is also proposed. The methodology is evaluated over a 20-MW and a 150-MW PV power plant hypothetically placed in the municipality of Uribia (Guajira Colombia). Also deterministic sensitivity analysis based on discount rate (WACC, Weighted Average Capital Cost), energy generated, O&M costs and IC is performed to aid investors in their decisions.

RESUMEN Este artículo presenta una metodología para evaluar los costos nivelados de la electricidad (Levelized Cost of Electricity) LCOE , en plantas fotovoltaicas (Photovoltaic - PV) a gran escala. Para ello se propone una desagregación detallada de los LCOE a partir de una taxonomía rigurosa que evalúa los Costos de Inversión (Investment Cost - IC )y los Gastos de Operación (Operation and Maintenance - O&M). Partiendo de la estructura de la Administración de Información Energética (Energy Information Administration - EIA) que desglosa los IC en cinco componentes, hemos añadido un nivel adicional de desagregación denominado elementos. Asimismo, una nueva estructura para desagregar los costos de O&M es presentada. La metodología es evaluada en plantas PV de 20 MW y 150 MW PV hipotéticamente ubicadas en el municipio de Uribia (Guajira Colombia). También se desarrolla un análisis de sensibilidad determinístico usando factores como el Costo Promedio Ponderado de Capital (WACC - Weighted Average Capital Cost), la energía producida, los gastos de O&M y los IC con el ánimo de facilitar las decisiones de los inversionistas.

RESUMO Este artigo apresenta uma metodologia para avaliar os custos nivelados da eletricidade (Levelized Cost of Electricity-LCOE), em plantas fotovoltaicas (Photovoltaic - PV) em grande escala. Para esse propósito se propõe uma desagregação detalhada dos LCOE a partir de uma rigorosa taxonomia que avalia os Custos de Investimento (IC, por suas siglas em inglês) e as Despesas de Operação (Operations and Maintenance - O&M). Partindo da estrutura da Administração da Informação Energética (Energy Information Administration - EIA) que desagrega os IC em cinco componentes, adicionamos outro nível de desagregação chamado de "elementos". Também é apresentada uma nova estrutura para desagregar os custos de O&M. A metodologia é avaliada em plantas PV de 20MW e 150 MW PV hipoteticamente localizadas no município de Uribia (Guajira - Colômbia). Da mesma forma, desenvolve-se uma análise de sensibilidade determinística empregando fatores como o Custo Médio ponderado de Capital (Weighted Average Capital Cost - WACC), a energia produzida, as despesas de O&M e os IC para viabilizar as decisões dos investidores.

PRODUÇÃO DE AÇÚCARES REDUTORES DE RESÍDUOS LIGNOCELULÓSICOS DE PASTO KIKUYU POR HIDRÓLISES UTILIZANDO ÁGUA SUBCRÍTICA EM REATORES BATCH E SEMI-BATCH

ABSTRACT A subcritical hydrolysis of Kikuyu grass lignocellulose residues was carried out in batch and semi batch mode operations. Experiments assessed the effect of temperature (250-300 °C), mass ratio (6:130:1), pressure (1 490-3 190 psi), and water flow rate (3-9 ml/min) in reducing sugars (RS) yield. Reducing sugar production was measured by means of the DNS method, and efficiency was calculated as the ratio between the mass of produced reducing sugars and the total mass of the residue fed to the reactor. A maximum RS of 9.7% was measured in batch hydrolysis experiments at 300 °C, 30:1 mass ratio and 3 190 psi, whereas 22% accumulated RS yield was obtained in semi batch experiments at 300 °C, 2 000 psi and 9 ml/min. The lower yield was attributed to the extended reaction time in batch experiments in comparison to semi batch experiments, in which the reaction time is not only shorter but also the hydrolysis products are continuously removed from the reactor. Analysis of Variance of data for batch experiments showed only the interaction between temperature and mass ratio to be significant, whereas the pressure had no significant effect. A notorious decrease in pH was measured with increasing reaction times due to the formation of acidic degradation products. The results showed the feasibility of producing reducing sugars from lignocellulosic residues available in large amounts and currently discarded without any utilization through subcritical hydrolysis.

RESUMEN Se estudió la hidrolisis subcrítica en modo de operación batch y semicontinuo de residuos lignocelulósicos de pasto Kikuyu. Los experimentos evaluaron el efecto de la temperatura (250-300 °C), relación másica (6:1-30:1), presión (1 490-3 190 psi), y flujo de agua (3-9 ml/min) en la productividad de azucares reductores (RS). La producción de azucares reductores se midió por medio del método DNS y la eficiencia se calculó como la relación entre la masa de azucares reductores producida y la masa total de residuo alimentado al reactor. Una productividad máxima de RS de 9.7% se obtuvo en los experimentos batch a 300 °C, relación masa de 30:1 y 3190 psi, mientras que una productividad acumulada de 22% se obtuvo en los experimentos semibatch a 300 °C, 2000 psi y 9 ml/min. La productividad más baja en los experimentos batch se atribuyó al elevado tiempo de reacción en comparación con los experimentos semibatch, en los cuales el tiempo de reacción no es solo más corto sino que también los productos de la hidrolisis se remueven continuamente del reactor. El análisis de varianza de los datos para los experimentos batch mostró como significativa solo la interacción entre la temperatura y la relación másica, mientras que la presión no tuvo efecto. Una notoria disminución de pH se midió a medida que incrementaba el tiempo de reacción debido a la formación de productos ácidos de degradación. Los resultados demuestran la factibilidad de producir azucares reductores a partir de residuos lignocelulósicos disponibles en grandes cantidades y actualmente desechadas sin ningún aprovechamiento por medio de hidrólisis subcrítica.

RESUMO Ahidrólise subcrítica de resíduos lignocelulósicos de vidro Kiyuku foi realizada em uma operação de lote e semi-lote. Os experimentos avaliaram o efeito da temperatura (250-300 °C), a proporção de massa (6:1-30:1), a pressão (1 490-3 190 psi), e o débito de água (3-9 ml/min) no rendimento de açucares redutores (RS). A produção de açúcar redutora foi estimada através do método DNS e sua eficácia foi calculada como sendo igual à proporção entre a massa de açucares redutores produzidos e a massa total do resíduo alimentado no reator. Um RS máximo de 9,7% foi calculado nos experimentos de hidrólise em lote a 300 °C, proporção de massa de 30:1 e 3 190 psi, comparado com um RS acumulado de 22% em experimentos semi-lote a 300 °C, 2 000 psi e 9 ml/min. O menor rendimento foi atribuído ao tempo de reação estendida nos experimentos de lote quando comparados com os experimentos de semi-lote, onde o tempo de reação não é só mais curto mas também os produtos da hidrólise são continuamente removidos do reator. A análise da variância estatística dos dados para os experimentos de lote mostrou apenas uma interação significativa entre temperatura e proporção de massa, enquanto a pressão não teve nenhum efeito significativo. Uma diminuição notória em pH foi verificada com o aumento dos tempos de reação produto da formação de produtos de degradação acídica. Os resultados mostraram a viabilidade da produção de açucares redutores de resíduos lignocelulósicos disponíveis e atualmente descartáveis e sem usos potenciais através da hidrólise subcrítica.