BR102018015319A2 - aquecedor induzido eletromagnético - Google Patents

Abstract

a invenção se refere a um dispositivo de aquecimento para aquecer o solo subterrâneo compreendendo um condutor que está alojado em uma carcaça condutora, em que quando pelo menos uma corrente de condução é fornecida ao condutor, o condutor gera pelo menos um campo magnético que induz pelo menos uma corrente induzida na carcaça. as correntes de indução são de uma frequência suficiente para fazer com que as correntes induzidas gerem resistência na carcaça, aumentando a temperatura da carcaça. uma pluralidade de dispositivos de aquecimento pode ser disposta em um arranjo para facilitar o aquecimento de uma área do solo.

Description

“AQUECEDOR INDUZIDO ELETROMAGNÉTICO

REFERÊNCIA CRUZADA [0001] Este pedido reivindica prioridade ao pedido de patente Norte-americano 15/991,406, intitulado Aquecedor induzido eletromagnético, depositado em 29 de maio de 2018, que é incorporado em sua integra aqui.

	CAMPO DA INVENÇÃO
[0002]	Um aparelho para aquecer o solo, tal	como
para remediação	do solo/ambiente	ou recuperação	de
hidrocarbonetos,	é fornecido. Mais	particularmente,	um

dispositivo que utiliza indução eletromagnética para gerar calor é fornecido para a introduzir calor no solo para facilitar a remoção de contaminantes e/ou a mobilização de hidrocarbonetos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0003] Os solos contaminados são uma preocupação ambiental e de segurança significativa. Muitos contaminantes têm a capacidade de fluir para os sistemas de aquíferos, contaminando assim o abastecimento público de água. A profundidade em que alguns contaminantes ocorrem torna o uso de escavação inviáveis economicamente. Portanto, métodos são empregados para remover contaminantes in-situ, onde a profundidade não é um fator. Tais métodos incluem o aquecimento do solo que usam eletricidade ou meios de combustão para vaporizar os contaminantes que são subsequentemente extraídos do solo.

[0004] Métodos de aquecimento do solo também são

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2/34 utilizados em conexão com o aquecimento de reservatórios subterrâneos de óleo pesado ou depósitos de betume para reduzir a viscosidade dos hidrocarbonetos para que possam ser recuperados mais facilmente.

[0005] As tecnologias de aquecimento do solo atuais se baseiam nos seguintes princípios: (1) passar uma corrente elétrica através dos elementos de aquecimento para aquecer o solo por condução, (2) combustão de combustível dentro de uma tubulação subterrânea e (3) passar uma corrente elétrica pelo solo entre vários eletrodos, onde o calor é gerado através do aquecimento por Joule do solo. Por exemplo, veja a tecnologia de Processo de Descarga Dinâmica Térmica (ET-DSP) da própria Requerente divulgada na Patente Norteamericana número 6,596,142.

[0006] Para o elemento aquecedor elétrico e as tecnologias de aquecimento de combustão, as considerações de custo limitam os elementos de aquecimento e as tubulações a um diâmetro pequeno. Além disso, é difícil controlar a temperatura limite ao longo da extensão vertical do furo do poço para aquecimento seletivo de diferentes extensões verticais do elemento/tubulação a diferentes temperaturas. Além disso, o equipamento de aquecimento usado em tais operações possui custos irrecuperáveis, pois normalmente são deixados no solo após a conclusão de um projeto de reparação. O ET-DSP™ e tecnologias semelhantes são capazes apenas de reparar um número limitado de contaminantes, pois a temperatura do solo é limitada ao ponto de ebulição da água, que pode ser menor que a temperatura necessária para atingir

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3/34 a reparação térmica de certos tipos de contaminantes.

[0007] Existe uma necessidade de um método e dispositivo econômicos para aquecer o solo que forneça uma grande área de superfície de aquecimento, que permita o aquecimento seletivo de extensões verticais do elemento em diferentes temperaturas e seja capaz de atingir temperaturas do solo suficientes para remediar contaminantes com elevados pontos de ebulição, permitindo a recuperação de pelo menos alguns dos equipamentos de aquecimento após a conclusão das operações.

RESUMO DA INVENÇÃO [0008] De acordo com um aspecto geral da presente divulgação, é proporcionado um dispositivo de aquecimento para aquecer o solo subterrâneo compreendendo: uma carcaça condutora tendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e uma parede que define um orifício interno que se estende da primeira e segunda extremidades, e uma temperatura; um condutor, pelo menos uma parte do condutor sendo posicionada no orifício interno, sendo o condutor eletricamente isolado da carcaça; e uma unidade de energia conectada ao condutor através da primeira extremidade, a unidade de energia configurada para converter energia recebida de uma fonte de energia em pelo menos uma corrente de condução e fornecer pelo menos uma corrente de condução ao condutor, em que o condutor é configurado para gerar pelo menos um campo magnético quando pelo menos uma corrente de condução é fornecida para criar pelo menos uma corrente induzida correspondente na carcaça e em que pelo menos uma

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4/34 corrente de condução é de uma frequência suficiente para que pelo menos uma corrente induzida encontre resistência na carcaça para aumentar a temperatura.

[0009] De acordo com outro aspecto geral da presente divulgação, é proporcionado um sistema para aquecer uma ou mais áreas subterrâneas do solo compreendendo: uma pluralidade de dispositivos de aquecimento dispostos em um arranjo, em que cada dispositivo de aquecimento compreende: uma carcaça condutora tendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e uma parede que define um orifício interno que se estende da primeira e segunda extremidades e uma temperatura; um condutor, pelo menos uma parte do condutor sendo posicionada no orifício interno, sendo o condutor eletricamente isolado da carcaça; e uma unidade de energia conectada ao condutor através da primeira extremidade, a unidade de energia configurada para converter energia recebida de uma fonte de energia em pelo menos uma corrente de condução e fornecer pelo menos uma corrente de condução ao condutor, em que o condutor é configurado para gerar pelo menos um campo magnético quando pelo menos uma corrente de condução é fornecida para criar pelo menos uma corrente induzida correspondente na carcaça e em que pelo menos uma corrente de condução é de uma frequência suficiente para que pelo menos uma corrente induzida encontre resistência na carcaça para aumentar a temperatura.

[0010] De acordo com outro aspecto geral da presente invenção, é proporcionado um método para aquecer uma ou mais áreas subterrâneas do solo compreendendo: fornecer

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5/34 pelo menos uma corrente de condução alternada, cada uma tendo uma frequência para pelo menos uma respectiva bobina condutora alojada dentro de uma carcaça condutora, sendo pelo menos uma bobina condutora isolada eletricamente da carcaça condutora, e a carcaça condutora sendo posicionada em uma ou mais áreas subterrâneas; e induzir pelo menos uma corrente induzida na carcaça condutora, em que a frequência selecionada para fazer com que pelo menos uma corrente induzida gere resistência na carcaça condutora para aumentar a temperatura da carcaça condutora.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0011] A invenção será agora descrita por meio de uma modalidade exemplificativa com referência aos desenhos sem escala e simplificados. Quaisquer dimensões fornecidas nos desenhos são fornecidas apenas para fins ilustrativos e não limitam a invenção como definida pelas reivindicações. Nos desenhos:

[0012] A figura 1A é uma representação esquemática de um dispositivo de aquecimento de acordo com as modalidades da presente invenção;

[0013] A figura 1B é uma vista lateral plana do dispositivo de aquecimento da figura 1A com partes omitidas;

[0014] A figura 1C é uma vista em plana do dispositivo de aquecimento da figura 1B. As figuras 1A a 1C são coletivamente referidas aqui como figura 1;

[0015] A figura 2 é uma vista em corte transversal do dispositivo de aquecimento da figura 1B;

[0016] A figura 3A é uma vista lateral plana de

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6/34 um condutor utilizável no dispositivo de aquecimento de acordo com as modalidades aqui descritas;

[0017] A figura 3B é uma vista lateral plana de outro condutor utilizável no dispositivo de aquecimento de acordo com as modalidades aqui descritas;

[0018] A figura 3C é uma vista lateral plana de ainda outro condutor utilizável no dispositivo de aquecimento de acordo com as modalidades aqui descritas. As figuras 3A a 3C são coletivamente referidas aqui como figura 3;

[0019] A figura 4 é uma vista em perspectiva de um suporte de bobina de trabalho de amostra utilizável no dispositivo de aquecimento de acordo com as modalidades da presente invenção;

[0020] A figura 5A é uma representação esquemática de um dispositivo de aquecimento tendo múltiplos inversores monofásicos de acordo com as modalidades aqui descritas;

[0021] A figura 5B é uma representação esquemática de um dispositivo de aquecimento tendo um inversor trifásico de acordo com as modalidades aqui descritas;

[0022] A figura 5C é uma representação esquemática do dispositivo de aquecimento da figura 5B mostrando as bobinas de trabalho do condutor trifásico;

[0023] A figura 5D é uma representação esquemática simplificada do dispositivo de aquecimento da figura 5C, ilustrando a ligação em Y entre as bobinas de trabalho;

[0024] A Figura 5E é uma representação

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7/34 esquemática de um dispositivo de aquecimento tendo um inversor trifásico e um condutor trifásico tendo três bobinas de trabalho intercaladas;

[0025] A figura 5F é uma representação esquemática simplificada do dispositivo de aquecimento da figura 5E, ilustrando a ligação em Y entre as bobinas de trabalho. As figuras 5A a 5F são coletivamente referidas aqui como figura 5;

[0026] A figura 6 é uma vista em perspectiva de uma manga externa opcional suportada na carcaça do dispositivo de aquecimento de acordo com as modalidades aqui descritas;

[0027] A figura 7 é uma representação esquemática de um dispositivo de aquecimento tendo um sistema de arrefecimento de acordo com as modalidades aqui descritas; e [0028] A Figura 8 é um gráfico que ilustra o tempo necessário para o solo no centroide de um arranjo de três dispositivos de aquecimento dispostos em um triângulo equilátero para atingir várias temperaturas.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES [0029] Ao descrever a presente invenção, todos os termos não definidos aqui têm os seus significados comuns reconhecidos pela técnica. Na medida em que a descrição que se segue é de uma modalidade específica ou de uma utilização particular da invenção, pretende-se que seja apenas ilustrativa e não limitativa da invenção reivindicada. A descrição que se segue destina-se a abranger todas as alternativas, modificações e equivalentes que estão incluídos no âmbito da invenção, conforme definido nas reivindicações

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8/34 anexas.

[0030] Um dispositivo de aquecimento configurado para converter energia eletromagnética em energia térmica é fornecido. Uma aplicação do dispositivo de aquecimento é para o aquecimento do solo, tal como para remediação de solo in situ ou recuperação de betume e óleos pesados de reservatórios subterrâneos. Nas modalidades, o fator Q de qualidade de funcionamento do elemento de aquecimento do dispositivo de aquecimento é suficientemente baixo para proporcionar condições de funcionamento estáveis e uma elevada eficiência da transferência de energia eletromagnética para energia térmica. Consequentemente, a energia de entrada que pode ser fornecida ao elemento de aquecimento é maior do que a presentemente obtida com a tecnologia da técnica anterior.

[0031] O funcionamento do dispositivo de aquecimento é baseado na lei de Faraday de indução eletromagnética. Em particular, nas modalidades, o elemento de aquecimento do dispositivo de aquecimento é uma carcaça condutora que é aquecida pela indução de uma corrente elétrica dentro da parede da carcaça como resultado da passagem de uma corrente alternada através de um condutor localizado dentro da carcaça, a corrente alternada possui uma frequência suficiente para explorar o efeito película. O efeito película limita a penetração de corrente na parede da carcaça de tal modo que a corrente induzida é confinada a uma camada muito fina da carcaça e, dado um condutor em forma helicoidal, a corrente induzida flui em uma direção circunferencial na parede da carcaça. Em outras palavras, a densidade de corrente

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9/34 na carcaça é maior perto da superfície interna da carcaça. O efeito película resulta no estabelecimento de uma resistência apreciável na carcaça, sob o qual a passagem da corrente induzida através da resistência gera calor.

[0032] Em uma operação de remediação, uma pluralidade de dispositivos de aquecimento pode ser disposta em um padrão (também referido como um arranjo). Cada dispositivo de aquecimento compreende um elemento de aquecimento, por exemplo, uma carcaça condutora, que de um modo preferido impermeável e contém um condutor, por exemplo, uma ou mais hélices condutoras internas, prolongando-se no mesmo sentido longitudinalmente. O condutor está ligado a uma unidade de energia, que pode compreender um ou mais retificadores e inversores que convertem a energia fornecida aos mesmos, por exemplo, por um serviço de utilidade pública, para uma corrente alternada de alta frequência. A unidade de energia também pode compreender um ou mais capacitores para criar ressonância de circuito durante a operação para fornecer uma operação mais eficiente. O dispositivo de aquecimento também pode ser equipado com aparelhos para monitorar e regular a temperatura ao longo do elemento de aquecimento. A corrente alternada é fornecida ao condutor para produzir um campo magnético axial alternado, que por sua vez induz uma corrente elétrica circunferencial alternada correspondente na parede da carcaça condutora. O condutor e outros componentes eletrônicos do dispositivo de aquecimento podem ser recuperados para reutilização após a conclusão das operações de aquecimento do solo.

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10/34 [0033] Em um aspecto amplo da presente divulgação, com referência às figuras 1 e 2, proporciona um dispositivo de aquecimento 20 tendo um condutor 80 alojado dentro de um elemento de aquecimento, que na modalidade ilustrada é uma carcaça tubular condutora 60. O condutor 80 está ligado a uma unidade de energia 42. A unidade de energia 42 pode compreender um ou mais inversores 43, retificadores e capacitores. A carcaça 60 pode ser fechada em uma extremidade inferior 64, de tal modo que o interior da carcaça é isolado de partículas e fluidos no solo a ser aquecido. O condutor 80 recebe pelo menos uma corrente elétrica de condução da unidade de energia 42. A corrente elétrica de condução é uma corrente alternada que, quando fornecida ao condutor 80, faz com que o condutor 80 gere um campo magnético em relação ao mesmo. O campo magnético gerado por sua vez induz uma corrente elétrica induzida na parede da carcaça 60. A frequência da primeira corrente e as propriedades do material da carcaça 60 podem ser selecionadas para gerar calor na parede da carcaça que pode então ser transferida para o solo circundante quando o dispositivo de aquecimento 20 está enterrado. O calor gerado pelo dispositivo de aquecimento 20 pode ser usado para facilitar a remediação do solo pela vaporização dos contaminantes, e/ou recuperação de betume/óleo pesado pela mobilização de depósitos de hidrocarbonetos próximos em formações subterrâneas.

[0034] Nas modalidades, a unidade de energia 42 está alojada dentro de um invólucro elétrico 40 situado perto da carcaça 60. Com referência à figura 1A, o invólucro 40

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11/34 pode estar situado acima do solo G. Em uma modalidade, o invólucro 40 é apoiado por um suporte do invólucro 41 de modo que o invólucro está a uma distância acima do solo. O invólucro elétrico 40 está configurado para permitir a comunicação elétrica entre a unidade de energia 42 e o condutor 80 e entre a unidade de energia 42 e uma fonte de energia externa 45, tal como um transformador configurado para receber energia de uma rede e energia de saída a uma tensão apropriada para ser entregue à unidade de energia 42. Um retificador pode ser usado para converter a corrente AC recebida da fonte de energia 45 para uma corrente DC, e um inversor pode ser usado para converter a corrente DC do retificador para uma corrente de frequência desejada. Um ou mais capacitores podem ser fornecidos na unidade de energia 42 para permitir a ressonância do circuito em resposta a uma corrente de condução fornecida em uma frequência de ressonância do circuito elétrico do dispositivo de aquecimento 20, permitindo assim um funcionamento mais eficiente.

[0035] O dispositivo de aquecimento 20 pode incluir um controlador (não mostrado) configurado para receber entradas de um ou mais sensores (não mostrados) localizados ao longo da carcaça 60 e controlar a pelo menos uma corrente de condução AC da unidade de energia 42 para uma saída ótima de calor em resposta aos dados recebidos dos sensores. O dispositivo de aquecimento 20 pode ainda compreender alarmes para notificar um operador de condições anormais de funcionamento e/ou falha de equipamento, e/ou

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12/34 componentes de telemetria para permitir o controle remoto e a operação do dispositivo de aquecimento 20. Um ou mais de controladores, sensores, alarmes, e componentes de telemetria podem ser alojados no invólucro 40.

[0036] Em uma modalidade, como melhor mostrado nas figuras 1 e 2, a carcaça condutora 60 do dispositivo de aquecimento 20 é um elemento tubular alongado que tem uma primeira extremidade (superior) 62, uma segunda extremidade (inferior) 64 e um orifício interno 70 que se estende entre as mesmas. Nas modalidades, a extremidade superior 62 é aberta e configurada para se ligar de forma vedada a uma tampa superior 61, tal como através de uma ligação de flange 63 ou ligação roscada (não mostrada). Nas modalidades, a tampa superior 61 é feita de aço carbono, aço inoxidável ou outros materiais adequados e/ou preenchidos com argamassa refratária para isolamento elétrico e térmico. Em algumas modalidades, a interface entre a tampa superior 61 e a extremidade superior 62 pode ainda compreender uma junta (não mostrada) configurada para fornecer uma barreira térmica. A junta pode incluir material refratário. A tampa superior 61 tem aberturas 24 ali definidas para permitir ligações elétricas através da mesma. Em algumas modalidades, porções do condutor 80 são recebidas através das aberturas 24 e se estendem para além da superfície superior da tampa 61 para se ligar aos outros componentes do dispositivo de aquecimento 20, que serão descritos em detalhe abaixo. Alternativamente, os conectores elétricos, tais como cabos de alimentação de alta frequência 44, podem se prolongar desde a tampa 61 através das aberturas 24 e na carcaça 60

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13/34 para se ligar ao condutor 80 no interior da carcaça 60. Na modalidade representada, a extremidade inferior 64 é fechada, por exemplo, por soldagem da tampa de fundo 66, de tal modo que o orifício interno 70 da carcaça 60 é isolado das partículas e fluidos externos durante a operação.

[0037] A carcaça 60 é feita de um material condutor, por exemplo, com permeabilidade relativamente alta e baixa condutividade (isto é, alta resistividade), como o aço carbono, que possui uma permeabilidade relativa de 100, para se beneficiar do efeito película, como explicado abaixo. A carcaça 60 pode ser feita de qualquer outro material ferroso tendo uma permeabilidade relativa adequada para limitar a profundidade da película para tal ponto que a resistência resultante à corrente induzida na carcaça 60 gere a quantidade desejada de calor. Por exemplo, materiais de revestimento com uma permeabilidade relativa variando de 100 a 2000 seriam aceitáveis. Quando a carcaça 60 é feita de um material como descrito acima e é cooperativamente usado com o condutor 80 e um capacitor 47a, 47b, como mostrado, por exemplo, na figura 5A, o resultado é um circuito de baixo valor Q que é capaz de ressonar em resposta a uma gama mais ampla de frequências do campo magnético. Nas modalidades, uma argamassa refratária pode ser aplicada na parede interna da carcaça 60 para isolar elétrica e termicamente a carcaça 60 do condutor 80. Alternativamente, a argamassa refratária pode ser aplicada ao condutor 80 para isolá-lo eletricamente da carcaça 60. A argamassa é de preferência refratário de modo que não se quebre sob calor, o que pode comprometer o isolamento entre

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14/34 o condutor 80 e a carcaça 60. A espessura de parede da carcaça 60 deve ser maior do que uma profundidade da película δ, mas suficientemente fina de tal modo que a carcaça 60 possa alcançar a temperatura desejada em um período de tempo razoável quando o dispositivo de aquecimento 20 está em funcionamento. Em uma modalidade exemplificativa, a carcaça 60 é um tubo de aço de 6 polegadas (15,24 cm) de diâmetro com uma espessura de parede de cerca de 1/8 de polegada (3,17 mm), com um revestimento espesso de cerca de 1/16 polegadas (1,59 mm) de material refratário isolante elétrico adequado na parede interna. A carcaça 60 pode ser de qualquer comprimento, dependendo da aplicação e da profundidade da área subterrânea a ser aquecida. Em algumas modalidades, a carcaça 60 pode ser ligado ao aterramento da rede para segurança elétrica.

[0038] Com referência às figuras 1 e 2, o condutor 80 está alojado dentro da carcaça 60 e se prolonga axialmente ao longo de um comprimento do orifício interno 70. Nas modalidades, o condutor 80 está posicionado substancialmente coaxial e concentricamente em relação à carcaça 60. Um ou mais centralizadores podem ser utilizados para ajudar a manter a posição do condutor no interior da carcaça 60. O condutor 80 está ligado através de conectores elétricos à unidade de energia 42. Nas modalidades, o condutor 80 é feito de cobre, alumínio, prata ou outros materiais condutores adequados conhecidos na técnica. Em algumas modalidades, como mostrado nas figuras 2 e 3A, o condutor 80 compreende uma ou mais bobinas de trabalho 82a, 82b e uma

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15/34 porção de retorno linear 84 que se estende ao longo da sua abertura central e ligada a uma extremidade de cada uma das bobinas de trabalho 82a, 82b. Um centralizador 86 pode ser apoiado no condutor 80 para ajudar a centrar o mesmo em relação a carcaça 60. Na modalidade representada na figura 3A, o centralizador 86 é apoiado na porção de retorno 84 e posicionado entre as bobinas de trabalho 82a, 82b. Evidentemente, o centralizador 86 pode ser posicionado em outro local do condutor 80 e pode ser utilizado mais do que um centralizador.

[0039] Cada bobina de trabalho 82a, 82b é configurada para receber e ser energizada por uma respectiva corrente de condução AC a partir da unidade de energia 42 (isto é, uma corrente de condução produzida por um dos inversores). Na modalidade ilustrada, cada uma das bobinas de trabalho 82a, 82b tem uma porção de ligação superior 83a, 83b, respectivamente, para comunicação elétrica com a unidade de energia 42 através de um conector elétrico 44, tal como um cabo de alimentação. Na modalidade ilustrada, a porção de ligação superior 83a, 83b é a extremidade livre da bobina de trabalho 82a, 82b. A extremidade superior da porção de retorno 84 está também em comunicação elétrica com a unidade de energia 42 através de um conector elétrico 44. Na modalidade mostrada nas figuras 1A e 2, a extremidade superior da porção de retorno 84 e as porções de conexão superiores 83a, 83b são recebidas através das aberturas 24 e se estendem para além da superfície superior da tampa superior 61 para ligar aos conectores elétricos 44 na carcaça externa 60.

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16/34 [0040] Quando energizadas pela corrente de condução AC, as bobinas de trabalho 82a, 82b geram, cada uma delas, um campo magnético em torno do mesmo. Em algumas modalidades, as bobinas de trabalho 82a, 82b são bobinas helicoidais condutoras que proporcionam uma grande área superficial para transportar uma grande quantidade de corrente AC de alta frequência, reduzindo assim as perdas elétricas introduzidas pelo efeito película. Cada bobina de trabalho 82a, 82b pode ter uma secção transversal geralmente circular ou retangular e pode ser feita de tubulação oca ou sólida tal como tubulação de cobre.

[0041] As bobinas de trabalho 82a, 82b se estendem cada uma ao longo de pelo menos uma porção do comprimento do orifício interno 70 e cada uma pode ser seletivamente situada em uma localização axial diferente do orifício interno 70 para aquecer uma camada diferente de solo. Em um exemplo, a bobina de trabalho 82a pode ser posicionada acima e espaçada a alguma distância da bobina de trabalho 82b. Enquanto duas bobinas de trabalho são mostradas nas figuras 2 e 3A, o dispositivo de aquecimento 20 pode compreender outros números de bobinas de trabalho e os inversores 43 podem ser selecionados de tal modo que a magnitude da corrente de condução AC recebida por cada bobina de trabalho 82 é a mesma ou diferente das recebidas pelas outras bobinas 82. Consequentemente, um gradiente de temperatura pode ser estabelecido ao longo da carcaça 60 e o dispositivo de aquecimento 20 pode ser configurado para permitir que diferentes porções longitudinais da carcaça 60

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17/34 sejam seletivamente aquecidas em diferentes temperaturas adequadas para a composição do solo e contaminantes presentes nas várias áreas e/ou camadas. Por exemplo, o dispositivo de aquecimento 20 pode ser configurado para aquecer apenas uma área e/ou camada particular para as temperaturas necessárias para remediar os contaminantes nos mesmos, o que pode resultar em um uso mais eficiente da energia. Como o consumo de energia representa cerca de um terço do custo de um projeto de remediação, a economia de custos associada a essa operação pode ser significativa.

[0042] As figuras 3B, 3C e 5B-5F mostram condutores de amostra que podem ser usados com inversores trifásicos. Tais condutores são referidos como “condutores trifásicos. Os condutores trifásicos 180 e 280 estão configurados para ligações em delta ou em Y, como mostrado nas figuras 5D e 5F. Por conseguinte, um condutor trifásico 180, 280 tem três (ou várias) bobinas de trabalho 182a, 182b, 182c dispostas axialmente em série ou três (ou várias) bobinas de trabalho intercaladas 282a, 282b, 282c, cada uma com uma porção de ligação separada 183a, 183b, 183c, 283a, 283b, 283c, para ligação à unidade de energia 42. Na modalidade mostrada nas figuras 3B, 5C e 5D, o condutor 180 compreende três bobinas de trabalho 182a, 182b, 182c dispostas axialmente em série, cada bobina de trabalho terminando nos respectivos nós eletricamente equivalentes 185a, 185b, 185c. Em outra modalidade, mostrada por exemplo nas figuras 3C, 5E e 5F, o condutor 280 compreende três bobinas de trabalho 282a, 282b, 282c que são intercaladas, se estendem ao longo do mesmo

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18/34 comprimento axial do orifício interno 70 e terminam no nó comum 285.

[0043] Por conseguinte, podem ser construídas várias bobinas de trabalho monofásicas ou uma bobina de trabalho trifásica: (i) possuindo uma série de bobinas de trabalho independentes ao longo do comprimento do orifício interno 70, como mostrado por exemplo nas figuras 3A e 3B; ou (ii) por ter três bobinas de trabalho, ou seus múltiplos, dispostas axialmente em série ou intercalando os enrolamentos das três bobinas de trabalho, ou seus múltiplos, como mostrado por exemplo nas figuras 3B e 3C.

[0044] Nos casos em que a carcaça 80 é longa e o local de remediação subterrâneo é profundo, a voltagem de funcionamento da bobina de trabalho 82 pode ser bastante elevada, o que representa um perigo maior para o pessoal que opera o dispositivo de aquecimento 20 e aumenta também o risco de arcos. Em tais casos, a utilização de um condutor trifásico 180 280 pode ser desejável de modo que os comprimentos das bobinas de trabalho 182a, 182b, 182c, 282a, 282b, 282c não se tornem muito longos e, assim, a tensão de operação do condutor 180,280 pode ser mantida em um nível modesto. Por exemplo, se uma bobina de trabalho de 60 pés (18,28 m) for necessária para aquecer um local de remediação, a voltagem necessária para aquecer suficientemente o local é de cerca de 400 volts a 500 volts. Se três bobinas de trabalho de 20 pés (6,096 m) conectadas a um inversor trifásico forem usadas, apenas cerca de 250 volts devem ser fornecidos a cada bobina para aquecer suficientemente o local de remediação. Uma alternativa para

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19/34 a modalidade de três fases acima é simplesmente fornecer três bobinas de trabalho monofásicas de 20 pés (6,096 m) para aquecer o local de remediação.

[0045] Em algumas modalidades, a(s) bobina(s) de trabalho do condutor 80 é (são) enrolada(s) e suportada(s) em um suporte de bobina de trabalho 90, mostrado isoladamente na figura 4. O suporte 90 pode ser substancialmente coaxial e concentricamente posicionado dentro da(s) bobina(s) de trabalho e/ou carcaça 60. Em algumas modalidades, um ou mais centralizadores são utilizados para ajudar a centralizar o suporte 90 dentro da(s) bobina(s) de trabalho e/ou da carcaça 60. Por exemplo, um centralizador pode ser apoiado em cada extremidade do suporte 90 ajudam a manter sua posição coaxial em relação à(s) bobina(s) de trabalho e/ou carcaça 60. O suporte de bobina de trabalho 90 pode ser feito de material eletricamente isolado ou revestido com material eletricamente isolado, como material refratário, de modo a interromper correntes induzidas pelo condutor 80, tal que a energia proveniente do condutor 80 não é perdida para o aquecimento do suporte 90 por indução em vez da carcaça 60. Em uma modalidade de amostra, o suporte de bobina de trabalho 90 é um metal tubular, tal como um cilindro de aço ou malha de fio de aço inoxidável enrolado em uma forma tubular, revestida na sua superfície externa com um material refratário adequado para isolar eletricamente o suporte 90 da(s) bobina(s) de trabalho. Em uma modalidade exemplificativa, o suporte 90 tem uma espessura de parede de aproximadamente 1/16 polegadas (1,59 mm). Na modalidade ilustrada, o suporte de bobina de

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20/34 trabalho 90 tem uma pluralidade de perfurações 92 definidas na sua parede que funcionam para adicionalmente interromper as correntes parasitas e mitigar a indução de corrente no suporte 90 pelo condutor 80.

[0046] As Figuras 5A e 5B mostram modalidades de amostras do dispositivo de aquecimento 20. Em algumas modalidades, a unidade de energia 42 compreende um ou mais inversores 43, cada um equipado com um retificador 46a, 46b para receber corrente elétrica trifásica de pelo menos uma fonte de energia externa 45 e convertendo-a em uma corrente DC, a qual é subsequentemente convertida pelo inversor 43 em uma corrente AC monofásica ou trifásica de alta frequência a ser fornecida ao condutor 80, 180, 280. A corrente de condução AC produzida pelos inversores 43 pode variar, por exemplo, de cerca de 100 volts a cerca de 300 volts, e de cerca de 10 kHz a cerca de 50 kHz. Cada inversor 43 pode ser um inversor monofásico ou um inversor trifásico de tal modo que a unidade de energia 42 pode ser configurada para gerar múltiplas correntes AC de alta frequência monofásicas ou trifásicas. Nas modalidades, pelo menos, um condensador 47a, 47b está disposto em série ou em paralelo com cada inversor 43a, 43b para obter a ressonância do circuito.

[0047] Na modalidade de amostra mostrada na figura 5A, a unidade de energia 42 compreende dois inversores monofásicos 43a, 43b, cada um dos quais recebe energia DC de um retificador 46a, 46b que, por sua vez, é alimentado por corrente de uma fonte de energia de corrente alternada. Cada um dos inversores 43a, 43b converte a corrente AC de 50/60 Hz

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21/34 da fonte de energia 45 em uma corrente AC monofásica de alta frequência. Os inversores 43a, 43b estão ligados a um condutor monofásico 80, que pode compreender uma ou mais bobinas de trabalho respectivas 82a, 82b, como mostrado, por exemplo, na figura 3A. Os inversores 43a, 43b fornecem a corrente AC ao condutor 80 através dos conectores elétricos 44 e das porções de conexão 83a, 83b, respectivamente. As correntes AC fluem através do condutor 80 e retornam aos inversores 43a, 43b através da porção de retorno 84 e do conector elétrico 44. Enquanto dois inversores são mostrados na figura 5A, pode ser apreciado que mais ou menos inversores monofásicos podem ser utilizados para o dispositivo de aquecimento 20, que pode depender do número de bobinas de trabalho no condutor 80 e/ou do tamanho da carcaça 60.

[0048] AS figuras 5B, 5C e 5E mostram outra modalidade de amostra em que a unidade de energia 42 do dispositivo de aquecimento 20 compreende um inversor trifásico 143 com retificadores, o qual recebe 50/60 Hz da fonte de energia AC 45 e converte os mesmos em corrente AC de alta frequência trifásica. O inversor trifásico 143 está ligado a um condutor trifásico 180, 280, por exemplo, como descrito acima em relação às figuras 3B e 3C. O inversor 143 também compreende condensadores para obter a ressonância do circuito. O inversor trifásico 143 fornece a corrente AC convertida para o condutor 180, 280 através dos conectores elétricos 44 e das porções de conexão 183a, 183b, 183c, ou 283a, 283b, 283c, respectivamente. Como as bobinas de trabalho do condutor 180, 280 estão dispostas em uma configuração em

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Y, uma porção de retorno 84 não é necessária. Evidentemente, se forem utilizados múltiplos condutores trifásicos 180, 280 em uma operação de remediação, o dispositivo de aquecimento incluirá inversores trifásicos adicionais 143 para fornecer corrente de condução aos condutores 180, 280.

[0049] A carcaça 60 do dispositivo de aquecimento 20 pode estar em contato direto com o solo ou, em algumas modalidades, estar em contato indireto com o solo através de uma manga externa. Por exemplo, como mostrado na figura 6, o dispositivo de aquecimento 20 inclui uma manga externa 72 suportada e ligada a carcaça 60 através de ligações anulares 75 localizadas na primeira e segunda extremidades 73, 74 da manga 72. Nas modalidades, as ligações anulares 75 centralizam a manga 72 na carcaça 60 e fixam a manga 72 mesma, tal como através de um encaixe por pressão ou soldagem. Nas modalidades, a manga externa 72 é um tubo que tem uma pluralidade de perfurações 78 ao longo do seu comprimento, e moldada e dimensionada para se encaixar substancialmente de forma concêntrica e coaxial com o invólucro 60. O diâmetro interno da manga externa 72 é maior do que o diâmetro externo da carcaça 60 de tal modo que um anel é definido entre os mesmos. A manga externa 72 pode ser feita de aço ou de outros materiais condutores de calor, tais como aço inoxidável, alumínio e semelhantes, e a manga externa 72 é encaixada na carcaça 60 para permitir que um fluido de transporte entre no anel, por exemplo, dos orifícios de entrada 76 ou perto da primeira (ou superior) extremidade 73 da manga externa 72, e sair através das perfurações 78 para promover a advecção. Na

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23/34 modalidade representada, as aberturas de entrada 76 são formadas na ligação anular 75 adjacente à primeira extremidade 73. O fluido de transporte pode ser, por exemplo, ar, vapor ou água, que pode ser injetado no anel através de orifícios de entrada 76. A adição da manga externa 72 permite que o dispositivo de aquecimento 20 aqueça o solo circundante por condução e convecção simultaneamente.

[0050] Como mostrado na figura 7, o dispositivo de aquecimento pode opcionalmente compreender um sistema de arrefecimento para arrefecer os componentes do dispositivo de aquecimento 20. Na modalidade representada, o sistema de arrefecimento compreende uma bomba 142 e um permutador de calor 144. A bomba 142 e o permutador de calor 144 estão ligados em série em comunicação fluida com o condutor 80, 180, 280 através de ligações de fluidos adequadas conhecidas na técnica, tais como tubos isolados, para formar um circuito de arrefecimento. Em algumas modalidades, o condutor 80, 180, 280 compreende uma tubulação de cobre oca tal que as porções de conexão superiores 83a, 83b e a extremidade superior da porção de retorno 84 formam coletores através dos quais o fluido, tal como um refrigerante, pode escoar para dentro e fora do condutor 80, 180, 280. Além disso, o condutor 80, 180, 280, incluindo a(s) bobina(s) de trabalho 82, 182, 822, pode ser formado inteiramente de tubulação de cobre oca, de modo que o fluido possa fluir através do seu comprimento total.

[0051] A bomba 142 está configurada para circular um refrigerante C em torno do circuito de arrefecimento para

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24/34 arrefecer o condutor 80, 180, 280 durante as operações. Por exemplo, a bomba 142 injeta um refrigerante C no condutor 80, 180, 280 através da extremidade superior da porção de retorno 84 e faz circular o refrigerante C por todo o condutor. À medida que o refrigerante C passa através do interior do condutor, o calor do condutor 80, 180, 280 é transferido para o refrigerante C. O refrigerante C, juntamente com o calor transferido, sai do condutor 80 através das porções de ligação 83a e 83b e flui através do calor permutador 144. À medida que o refrigerante passa, o permutador de calor 144 dissipa ou de outro modo remove o calor do refrigerante C antes dele ser bombeado de volta para o condutor 80, 180, 280. O refrigerante C pode ser um gás ou líquido adequado que é de preferência não condutor, tal como ar, dióxido de carbono ou água deionizada. Em algumas modalidades, a superfície externa do condutor 80, 180, 280 pode ser revestida com uma argamassa refratária para isolar eletricamente o condutor 80, 180, 280 da carcaça 60.

[0052] Durante a operação, a unidade de energia 42 fornece uma ou mais correntes AC de condução ao condutor 80, 180, 280. Um campo magnético axial alternado é assim criado sobre a(s) bobina(s) de trabalho 82, 182, 282 do condutor 80, 180, 280, que por sua vez induz uma corrente AC circunferencial na parede da carcaça condutora 60. A frequência da corrente AC de acionamento pode ser ajustada para vantagem do efeito película da corrente induzida na carcaça 60, que pode ser ilustrada pela seguinte fórmula:

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2p (2π/)(μ_ομ_Γ)

Onde δ é a profundidade da película em metros, definida como a profundidade abaixo da superfície interna da carcaça 60 na qual a densidade de corrente caiu para 1/e (cerca de 0,37) da densidade de corrente na superfície interna, ρ é a resistividade de um meio em ohm-metros, μ0 é a permeabilidade do espaço livre, μr é a permeabilidade relativa do meio e f é a frequência da corrente induzida em Hz. Como mostrado pela fórmula, a profundidade da película diminui à medida que a frequência da corrente induzida aumenta. É desejável uma pequena profundidade película porque a diminuição da área da secção transversal da carcaça dentro da qual o fluxo de corrente induzida é restringido aumenta a resistência na carcaça 60 encontrado pela corrente. Aumentar a resistência na carcaça 60 aumenta o calor resultante gerado pela corrente induzida. Em uma modalidade preferida, pelo menos uma corrente de condução é fornecida a uma frequência que coincide com a frequência de ressonância do circuito elétrico, isto é, um ou mais capacitores 47a, 47b ligados em paralelo ou em série com o condutor 80, 180, 280, para atingir o fluxo máximo de corrente induzida na carcaça 60. O capacitor 47a, 47b pode ser alojado no invólucro 40 ou incluído em outro lugar no circuito elétrico do dispositivo de aquecimento 20. Sob condições ressonantes, somente a resistência da carcaça 60, que é refletida através do número de voltas da(s) bobina(s) de trabalho 82, 182, 822 está presente; não há reatância para

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26/34 limitar a corrente induzida.

[0053] Em uma modalidade, uma pluralidade de sensores de temperatura, tais como termopares, está espaçada em torno do comprimento da carcaça 60 do dispositivo de aquecimento para determinar a temperatura da carcaça 60 em várias posições ao longo do seu comprimento durante operações de aquecimento e enviando os dados de temperatura de volta para o controlador. De preferência, os sensores medem a temperatura em tempo real, de tal modo que o controlador pode fazer ajustes na corrente de condução, conforme necessário, em resposta a condições variáveis à medida que surgem. Por exemplo, se a temperatura detectada em uma área exceder os níveis desejados, o controlador pode diminuir ou interromper a corrente de condução para a bobina de trabalho correspondente até que a temperatura caia para um valor aceitável.

[0054] Em remediação de solos ou operações de recuperação de hidrocarbonetos, vários dispositivos de aquecimento 20 podem se estender da superfície do solo G para a área de remediação e/ou formação de hidrocarbonetos. Os dispositivos de aquecimento 20 podem ser dispostos em matrizes para aquecer o solo dentro e em torno das matrizes até às temperaturas desejadas.

[0055] Em uma modalidade, o dispositivo de aquecimento 20 está configurado para gerar um calor superficial superior a 1000°C. O calor máximo da superfície do dispositivo 20 é limitado principalmente pelo ponto de fusão dos materiais utilizados para o condutor 80, a carcaça

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27/34 e a manga externa 72 (se incluídos). Em algumas modalidades, os dispositivos 20 podem ser espaçados em um arranjo para atingir uma temperatura mínima do solo de 250 a 800°C em torno do centro da matriz. Por exemplo, os dispositivos 20 podem estar espaçados cerca de 5 pés (1,524 m) a cerca de 20 pés (6, 096 m) um do outro. Como o dispositivo 20 gera calor através da corrente induzida magneticamente em uma carcaça condutora 60, pode ser utilizado uma carcaça com um raio maior do que os existentes nas tecnologias de aquecimento de tubos, proporcionando assim uma maior superfície de aquecimento. O tamanho da superfície de aquecimento é inversamente proporcional à quantidade de tempo necessária para atingir a temperatura desejada para a remediação do solo e/ou mobilização de hidrocarbonetos. A área superficial de um elemento de aquecimento cilíndrico (por exemplo, carcaça 60) é dada por 2nrL, onde r é o raio do cilindro e L é o comprimento do cilindro. Como tal, um aumento no raio da carcaça 60 é também inversamente proporcional ao tempo requerido para aquecer o solo até à temperatura desejada.

[0056] Para algumas operações, múltiplos dispositivos de aquecimento 20 são usados e dispostos em arranjos (por exemplo, na forma de triângulos equiláteros, com um dos dispositivos de aquecimento em cada vértice e os dispositivos de aquecimento espaçados um do outro) e são estendidos para uma ou mais áreas do solo a serem aquecidas. A figura 8 proporciona uma ilustração gráfica da relação entre diâmetro do dispositivo de aquecimento, temperatura e tempo

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28/34 de aquecimento de um conjunto de três dispositivos de aquecimento 20 operando a cerca de 1500 Watts por metro e posicionados nos vértices de um triângulo substancialmente equilátero, em que cada dispositivo de aquecimento 20 está a cerca de 8 metros de distância dos outros. As temperaturas plotadas são calculadas no centroide do triângulo, que é cerca de 1,4 m de qualquer um dos vértices. O gráfico de temperatura por tempo para o arranjo de dispositivos de aquecimento 20 com carcaças de 2 polegadas (5,08 cm) de diâmetro, cada um com uma espessura de parede de cerca de 1/8 ((3,17 mm), é indicado pela referência 102. Da mesma forma, os gráficos de temperatura em função do tempo para os arranjos de dispositivos de aquecimento 20 com carcaças de 3 polegadas (7,62 cm), 4 polegadas (10,16 cm), 5 polegadas (12,7 cm) e 6 polegadas (15,24 cm) de diâmetro, cada um com uma espessura de parede de cerca de 1/8 (3,17 mm), estão indicados pelas referências 103, 104, 105 e 106, respectivamente.

[0057] Como pode ser visto na linha 104 na figura 8, o conjunto de dispositivos de aquecimento 20 com carcaças de 4 polegadas de diâmetro é incapaz de atingir uma temperatura de centroide de 250°C dentro de 90 dias. Como mostrado na linha 105, o conjunto de dispositivos de aquecimento com carcaças de 5 polegadas (12,7 cm) de diâmetro leva cerca de 59 dias para atingir uma temperatura de aproximadamente 250°C. Como mostrado na linha 106, o conjunto de dispositivos de aquecimento com carcaças de 6 polegadas (15,24 cm) de diâmetro leva cerca de 44 dias para atingir uma temperatura de centroide de cerca de 250°C.

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29/34 [0058] Uma vez concluídas as operações de recuperação e/ou recuperação de hidrocarbonetos, o condutor 80 e o invólucro 40 (se colocados no subsolo) podem ser recuperados do solo simplesmente removendo o invólucro 40 e puxando o condutor 80 para fora da carcaça 60. Invólucro 40 e condutor 80 pode então ser reutilizado para outras operações, conforme desejado. A carcaça de aço 60 relativamente de baixo custo pode ser abandonada no solo. Deste modo, cerca de 60% ou mais dos materiais utilizados podem ser recuperados, em oposição a 100% dos materiais que são abandonados em operações típicas de aquecimento do solo da técnica anterior.

[0059] Em uma modalidade de amostra, a carcaça 60 é um tubo de aço carbono de 6 polegadas (15,24 cm), com 1/8 (3,17 mm) de revestimento de argamassa refratária na sua parede interna, ligado na sua extremidade superior por uma ligação de flange a uma tampa superior de aço 61 preenchida com argamassa refratária. As porções de ligação 83a, 83b e a porção de retorno 84 do condutor 80 se prolongam do interior da carcaça 60 até à tampa superior 61 para ligar à unidade de energia 42. A unidade de energia 42 é ligada a uma fonte de energia externa 45 para receber cerca de 50 VAC a 300 VAC, e tem componentes elétricos adequados, tais como retificadores e inversores, para converter a potência recebida para uma corrente alterna de alta frequência de condução que varia de cerca de 10 kHz a cerca de 50 kHz. A unidade de energia 42 também pode ter um ou mais capacitores em série ou paralelos para as bobinas de trabalho 82a, 82b do condutor para obter

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30/34 a ressonância do circuito. O dispositivo de aquecimento também inclui um controlador para controlar e ajustar a corrente AC de condução. O condutor 80 recebe a corrente AC de condução da unidade de energia 42. O condutor 80 compreende uma pluralidade de bobinas de trabalho helicoidais 82 localizadas em locais axiais selecionados ao longo do comprimento da carcaça 60 para aquecer várias áreas do solo e/ou camadas. Dada uma corrente de condução com uma frequência de cerca de 10 kHz a cerca de 50 kHz, pode obter-se uma profundidade de película de cerca de 110 pm a cerca de 50 pm para a corrente parasita induzida na carcaça 60. A frequência da corrente de condução pode ser regulada para algo próximo a frequência de ressonância do circuito, que é determinada pelo menos em parte pela profundidade da película, pelos capacitores 47, pela indutância de fuga da bobina de trabalho 82, 182, 222 e pela permeabilidade da carcaça 60.

[0060] Por conseguinte, o dispositivo de aquecimento 20 pode fornecer maior potência ao elemento de aquecimento (por exemplo, a carcaça 60) do que as tecnologias existentes. Por exemplo, a modalidade de amostra é capaz de fornecer cerca de 2500 W/m através da corrente parasita induzida na carcaça 60, em comparação com cerca de 700 W/m, tipicamente produzida por tecnologias convencionais. Quanto mais energia fornecida ao elemento do aquecedor, mais calor pode ser gerado.

[0061] De acordo com um aspecto geral da presente divulgação, um dispositivo de aquecimento para aquecer solo subterrâneo é fornecido compreendendo: uma carcaça condutora

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31/34 tendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e uma parede que define um orifício interno que se estende da primeira e segunda extremidades, e uma temperatura; um condutor, pelo menos uma parte do condutor sendo posicionada no orifício interno, sendo o condutor eletricamente isolado da carcaça; e uma unidade de energia conectada ao condutor através da primeira extremidade, a unidade de energia configurada para converter energia recebida de uma fonte de energia em pelo menos uma corrente de condução e fornecer pelo menos uma corrente de condução ao condutor, em que o condutor é configurado para gerar pelo menos um campo magnético quando pelo menos uma corrente de condução é fornecida para criar pelo menos uma corrente induzida correspondente na carcaça e em que pelo menos uma corrente de condução é de uma frequência suficiente para que pelo menos uma corrente induzida encontre resistência na carcaça para aumentar a temperatura.

[0062] De acordo com outro aspecto, o condutor compreende uma ou mais bobinas de trabalho. Estas bobinas de trabalho podem ser bobinas helicoidais. De acordo ainda com outro aspecto, uma ou mais bobinas de trabalho são posicionadas em uma localização axial no orifício interno para aumentar a temperatura da carcaça na posição axial. Estas bobinas de trabalho podem ser apoiadas em um suporte de bobina de trabalho.

[0063] De acordo com outro aspecto, o condutor é um condutor monofásico e a unidade de energia compreende um ou mais inversores monofásicos; ou um condutor trifásico e a

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32/34 unidade de energia compreende um ou mais inversores trifásicos. De acordo ainda com outro aspecto, o condutor compreende um ou mais conjuntos de três bobinas de trabalho dispostas axialmente em série ou um ou mais conjuntos de três bobinas de trabalho intercaladas.

[0064] De acordo com outro aspecto, a carcaça condutora é um elemento tubular metálico. A carcaça condutora pode ser feita de um material de alta permeabilidade e alta resistividade. A parede da carcaça possui uma superfície interna que pode ser revestida com argamassa refratária. De acordo com outro aspecto, o condutor também pode ser revestido com argamassa refratária.

[0065] De acordo com outro aspecto, o dispositivo de aquecimento compreende ainda pelo menos um condensador ligado em paralelo ou em série com o condutor.

[0066] De acordo com outro aspecto, a frequência de pelo menos uma corrente de condução é aproximadamente a mesma que a frequência ressonante de um circuito formado pelo menos pelo condutor, pela carcaça e pelo menos por um condensador.

[0067] De acordo com outro aspecto, o dispositivo de aquecimento compreende ainda um ou mais sensores de temperatura posicionados ao longo do comprimento da carcaça; e um controlador para receber dados de um ou mais sensores de temperatura e em resposta aos dados, modificando a pelo menos uma corrente de condução.

[0068] De acordo com outro aspecto, o dispositivo de aquecimento compreende ainda uma manga externa suportada

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33/34 na carcaça condutora e definindo um anel entre eles para receber um fluido de transporte.

[0069] De acordo com outro aspecto, o dispositivo de aquecimento compreende ainda um sistema de arrefecimento para remover calor do condutor.

[0070] De acordo com outro aspecto geral da presente descrição, um sistema para aquecer uma ou mais áreas subterrâneas do solo é fornecido compreendendo: uma pluralidade de dispositivos de aquecimento dispostos em um arranjo. Em outro aspecto, o arranjo está na forma de um ou mais triângulos, com pelo menos um da pluralidade de dispositivos de aquecimento em cada vértice de um ou mais triângulos. A distância entre os dispositivos de aquecimento adjacentes é entre cerca de 5 pés (1,524 m) a cerca de 20 pés (6,096 m).

[0071] De acordo com outro aspecto geral da presente invenção, um método para aquecer uma ou mais áreas subterrâneas do solo é fornecido compreendendo: fornecer pelo menos uma corrente alternada de condução tendo cada uma frequência para uma respectiva bobina condutora alojada dentro de uma carcaça condutora a, pelo menos, uma bobina condutora sendo isolada eletricamente da carcaça condutora, e a carcaça condutora sendo posicionada em uma ou mais áreas subterrâneas; e induzir pelo menos uma corrente induzida na carcaça condutora, em que a frequência selecionada para fazer com que pelo menos uma corrente induzida gere resistência na carcaça condutora para aumentar a temperatura da carcaça condutora.

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34/34 [0072] De acordo com outro aspecto, o método compreende ainda converter uma corrente de corrente alternada para pelo menos uma corrente contínua, e converter pelo menos uma corrente contínua em pelo menos uma corrente de condução alternada.

[0073] De acordo com outro aspecto, cada uma das pelo menos uma bobina condutora é conectada em paralelo ou em série com um correspondente pelo menos um capacitor e a frequência de cada uma das pelo menos uma corrente de condução é aproximadamente a mesma que uma frequência ressonante de um circuito formado por uma das respectiva pelo menos uma bobina condutora, seu correspondente em pelo menos um capacitor, e a carcaça condutora. Estas correntes de condução alternadas são monofásicas ou trifásicas.

[0074] De acordo com outro aspecto, o método compreende ainda coletar dados de temperatura de pelo menos um sensor posicionado na carcaça condutora; e modificar seletivamente pelo menos uma corrente de condução alternada em resposta aos dados de temperatura coletados. De acordo com ainda outro aspecto, o método também compreende injetar um fluido de transporte para dentro de um anel definido entre a carcaça condutora e uma manga externa apoiada na carcaça condutora.

	[0075]	De acordo com outro aspecto,	o	método
compreende	ainda	a remoção de calor de pelo menos	uma	bobina
condutora,	que	pode compreender a passagem de	um	fluído

refrigerante através de pelo menos uma bobina condutora.

Claims (29)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Dispositivo de aquecimento para aquecimento do solo subterrâneo CARACTERIZADO por compreender:

   uma carcaça condutora tendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade e uma parede que define um orifício interno que se estende da primeira e da segunda extremidades e uma temperatura;

   um condutor, pelo menos uma parte do condutor sendo posicionada no orifício interno, sendo o condutor eletricamente isolado da carcaça; e uma unidade de energia conectada ao condutor através da primeira extremidade, a unidade de energia configurada para converter a energia recebida de uma fonte de energia em pelo menos uma corrente de condução e fornecer pelo menos uma corrente de condução ao condutor, em que o condutor é configurado para gerar pelo menos um campo magnético quando pelo menos uma corrente de condução é fornecida para criar pelo menos uma corrente induzida correspondente na carcaça, e em que pelo menos uma corrente de condução é de uma frequência suficiente para que pelo menos uma corrente induzida encontre resistência na carcaça para aumentar a temperatura.
2. 2. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o condutor compreende uma ou mais bobinas de trabalho.
3. 3. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que uma ou mais

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   2/6 bobinas de trabalho são bobinas helicoidais.
4. 4. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que cada uma das bobinas de trabalho está posicionada em uma localização axial no orifício interno para aumentar a temperatura da carcaça na localização axial.
5. 5. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que uma ou mais bobinas de trabalho estarem apoiadas em um suporte de bobina de trabalho.
6. 6. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o condutor é um condutor monofásico e a unidade de energia compreende um ou mais inversores monofásicos.
7. 7. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por o condutor ser um condutor trifásico e a unidade de energia compreender um ou mais inversores trifásicos.
8. 8. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO por o condutor compreender três ou mais bobinas de trabalho dispostas axialmente em série.
9. 9. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o condutor compreende um conjunto de três ou mais bobinas de trabalho intercaladas.
10. 10. Dispositivo de aquecimento de acordo com a

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    3/6 reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a carcaça é um elemento tubular metálico.
11. 11. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a carcaça é feita de um material de elevada permeabilidade e alta resistividade.
12. 12. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a parede da carcaça possui uma superfície interna revestida com argamassa refratária.
13. 13. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o condutor é revestido com argamassa refratária.
14. 14. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por também compreender pelo menos um capacitor ligado em paralelo ou em série com o condutor.
15. 15. Dispositivo de aquecimento, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a frequência de pelo menos uma corrente de condução é aproximadamente a mesma que a frequência de ressonância de um circuito formado pelo menos por um condutor, a carcaça e pelo menos um capacitor.
16. 16. Dispositivo de aquecimento da reivindicação 1, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender:

    um ou mais sensores de temperatura posicionados ao longo do comprimento da carcaça; e

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    4/6 um controlador para receber dados de um ou mais sensores de temperatura e em resposta aos dados, modificar pelo menos uma corrente de condução.
17. 17. Dispositivo de aquecimento de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender ainda uma manga externa suportada na carcaça condutora e definir um anel entre elas para receber um fluido de transporte.
18. 18. Dispositivo de aquecimento da reivindicação 1, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um sistema de arrefecimento para a remoção de calor do condutor.
19. 19. Sistema para aquecer uma ou mais áreas subterrâneas do solo, CARACTERIZADO por compreender:

    uma pluralidade do dispositivo de aquecimento conforme definidos na reivindicação 1, disposta em um arranjo.
20. 20. Sistema de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo está em forma de um ou mais triângulos, com pelo menos um da pluralidade de dispositivos de aquecimento em cada vértice de um ou mais triângulos.
21. 21. Sistema de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a distância entre os dispositivos de aquecimento adjacentes se situa entre cerca de 5 pés (1,524 m) e cerca de 20 pés (6,096 m).
22. 22. Método para aquecer uma ou mais áreas subterrâneas do solo, CARACTERIZADO por compreender:

    Fornecer pelo menos uma corrente de condução alternada, cada uma tendo uma frequência para uma respectiva

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    5/6 bobina condutora alojada dentro de uma carcaça condutora, sendo pelo menos uma bobina condutora eletricamente isolada da carcaça condutora, e a carcaça condutora sendo posicionado em uma ou mais áreas subterrâneas; e induzir pelo menos uma corrente induzida na carcaça condutora, em que a frequência é selecionada para fazer com que pelo menos uma corrente induzida gere resistência na carcaça condutora para aumentar a temperatura da carcaça condutora.
23. 23. Método de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender a conversão de uma corrente de energia alternada para pelo menos uma corrente contínua e a conversão de pelo menos uma corrente contínua em pelo menos uma corrente de condução alternada.
24. 24. Método de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de cada uma das pelo menos uma bobina condutora está ligada em paralelo ou em série com pelo menos um capacitor correspondente e a frequência de cada uma de pelo menos uma corrente de condução ser aproximadamente a mesma que uma frequência ressonante de um circuito formado por pelo menos uma das respectivas bobinas condutoras, seu pelo menos um capacitor correspondente, e a carcaça condutora.
25. 25. Método, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos uma corrente de condução alternada é monofásica ou trifásica.
26. 26. Método de acordo com a reivindicação 22,

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    CARACTERIZADO por também compreender a coleta de dados de temperatura de pelo menos um sensor posicionado na carcaça condutora; e modificar seletivamente pelo menos uma corrente de condução alternada em resposta aos dados de temperatura coletados.
27. 27. Método de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender injetar um fluido de transporte dentro de um anel definido entre a carcaça condutora e uma manga externa suportada na carcaça condutora.
28. 28. Método de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO por ainda compreender remover calor de pelo menos uma bobina condutora.
29. 29. Processo de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que a remoção do calor compreende a passagem de um refrigerante através de pelo menos uma bobina condutora.