ES2893776T3 - Calentador de inducción electromagnética - Google Patents

Abstract

Dispositivo de calentamiento (20) para calentar suelo subterráneo que comprende: una carcasa conductora (60) que presenta un primer extremo (73), un segundo extremo, y una pared que define un orificio interior que se extiende entre el primer y el segundo extremo (74), y una temperatura; un conductor (80, 180, 280), estando situada al menos una parte del conductor (80, 180, 280) en el orificio interior (70), estando el conductor (80, 180, 280) aislado eléctricamente de la carcasa (60); y una unidad de energía (42) conectada al conductor (80, 180, 280) a través del primer extremo (73), estando configurada la unidad de energía (42) para convertir la energía recibida de una fuente de energía (45) en al menos una corriente de excitación y suministrar la al menos una corriente de excitación al conductor (80, 180, 280), donde el conductor (80, 180, 280) está configurado para generar al menos un campo magnético cuando la al menos una corriente de excitación se suministra a este para crear al menos una correspondiente corriente inducida en la carcasa (60), y donde la al menos una corriente de excitación es de una frecuencia suficiente para la al menos una corriente inducida para encontrar resistencia en la carcasa para incrementar la temperatura; caracterizado por que, la unidad de energía (42) comprende uno o más inversores trifásicos (143), y la al menos una corriente de excitación es una corriente trifásica; y, donde el conductor (80, 180, 280) comprende uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo (182a, 182b, 182c, 282a, 282b, 282c).

Description

DESCRIPCIÓN

Calentador de inducción electromagnética

CAMPO TÉCNICO

[0001] Se da a conocer un aparato para calentar el suelo, por ejemplo, para rehabilitación ambiental/de suelos o recuperación de hidrocarburos. Más concretamente, se proporciona un dispositivo que utiliza inducción electromagnética para generar calor con el fin de introducir calor en el suelo para facilitar la eliminación de contaminantes y/o la movilización de hidrocarburos.

ANTECEDENTES

[0002] Los suelos contaminados son un problema significativo de seguridad y medioambiental. Muchos contaminantes poseen la capacidad de fluir hacia sistemas de acuíferos, contaminando así el suministro público de agua. La profundidad a la que se producen algunos contaminantes provoca que el uso de excavación sea excesivamente caro. Por consiguiente, se emplean métodos para eliminar contaminantes in situ, donde la profundidad no es un factor. Dichos métodos incluyen el calentamiento del suelo utilizando electricidad o medios de combustión para vaporizar los contaminantes, que se extraen posteriormente del suelo.

[0003] También se utilizan métodos de calentamiento del suelo en relación con el calentamiento de depósitos subterráneos de petróleo pesado o depósitos de betún para reducir la viscosidad de los hidrocarburos para que puedan recuperarse más fácilmente.

[0004] Las tecnologías actuales de calentamiento del suelo se basan en los siguientes principios: (1) hacer pasar una corriente eléctrica a través de elementos calentadores para calentar el suelo mediante conducción, (2) quema de combustible dentro de una tubería subterránea, y (3) hacer pasar una corriente eléctrica a través del suelo entre varios electrodos, donde se genera calor a través del calentamiento Joule del suelo. Véase, por ejemplo, la tecnología de proceso electrotérmico de fraccionamiento dinámico (ET-DSP)™ del solicitante dada a conocer en la patente estadounidense n.° 6,596,142.

[0005] Para las tecnologías de elemento calentador eléctrico y calentamiento por combustión, las consideraciones sobre costes limitan los elementos de calentamiento y las tuberías a un menor diámetro. Además, es difícil controlar la temperatura límite a través de la extensión vertical del pozo para el calentamiento selectivo de diferentes extensiones verticales del elemento/tubería a distintas temperaturas. Asimismo, el equipo de calentamiento utilizado en tales operaciones son costes irrecuperables, ya que normalmente se dejan en el suelo después de completar un proyecto de rehabilitación. Las tecnologías ET-DSP™ y similares solo son capaces de rehabilitar un número limitado de contaminantes, ya que la temperatura del suelo está limitada al punto de ebullición del agua, que puede ser menor que la temperatura necesaria para conseguir la rehabilitación térmica de determinados tipos de contaminantes.

[0006] Se advierte la necesidad de un método y dispositivo económicos para calentar el suelo, que proporcionen una gran superficie de calentamiento, permitan el calentamiento selectivo de las extensiones verticales del elemento a diferentes temperaturas, y sean capaces de alcanzar temperaturas del suelo suficientes para rehabilitar los contaminantes con puntos de ebullición elevados, al mismo tiempo que se permite la recuperación de al menos algunos de los equipos de calentamiento tras haber concluido las operaciones.

[0007] En el documento WO 2016/178046 A1 se enseña un dispositivo de calentamiento de fondo de pozo que comprende al menos una primera camisa de calentamiento que presenta una superficie exterior destinada a estar al menos parcialmente sumergida en un fluido de calentamiento en contacto con una formación. En el documento US 2013/192825 A1 se da a conocer un dispositivo para calentar un recurso de hidrocarburos en una formación subterránea que presenta al menos un par de pozos superior e inferior que se extienden lateralmente en esta, que pueden incluir una fuente de radiofrecuencia.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

[0008] De acuerdo con un amplio aspecto de la presente divulgación, se proporciona un dispositivo de calentamiento para calentar suelo subterráneo. El dispositivo comprende una carcasa conductora que presenta un primer extremo, un segundo extremo y una pared que define un orificio interior que se extiende entre el primer y el segundo extremo, y una temperatura; un conductor, estando situada al menos una parte del conductor en el orificio interior, estando el conductor aislado eléctricamente de la carcasa; y una unidad de energía conectada al conductor a través del primer extremo, estando configurada la unidad de energía para convertir la energía recibida de una fuente de energía en al menos una corriente de excitación y para suministrar la al menos una corriente de excitación al conductor, donde el conductor está configurado para generar al menos un campo magnético cuando la al menos una corriente de excitación se suministra a este para crear al menos una correspondiente corriente inducida en la carcasa, y donde la al menos una corriente de excitación es de una frecuencia suficiente para que la al menos una corriente inducida encuentre resistencia en la carcasa para aumentar la temperatura.

[0009] De acuerdo con otro amplio aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema para calentar una o más zonas subterráneas de suelo. En algunos ejemplos, el sistema puede comprender una pluralidad de dispositivos de calentamiento dispuestos en una matriz, donde cada dispositivo de calentamiento puede comprender: una carcasa conductora que presenta un primer extremo, un segundo extremo y una pared que define un orificio interior que se extiende entre el primer y el segundo extremo, y una temperatura; un conductor, estando situada al menos una parte del conductor en el orificio interior, estando el conductor aislado eléctricamente de la carcasa; y una unidad de energía conectada al conductor a través del primer extremo, estando configurada la unidad de energía para convertir la energía recibida de una fuente de energía en al menos una corriente de excitación y para suministrar la al menos una corriente de excitación al conductor, donde el conductor puede estar configurado para generar al menos un campo magnético cuando la al menos una corriente de excitación se suministra a este para crear al menos una correspondiente corriente inducida en la carcasa, y donde la al menos una corriente de excitación es de una frecuencia suficiente para que la al menos una corriente inducida encuentre resistencia en la carcasa para aumentar la temperatura. De acuerdo con otro amplio aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método de calentamiento de una o más zonas subterráneas de suelo. El método puede comprender suministrar al menos una corriente de excitación alterna, teniendo cada una una frecuencia a al menos una respectiva bobina conductora alojada dentro de una carcasa conductora, estando la al menos una bobina conductora aislada eléctricamente de la carcasa conductora, y estando situada la carcasa conductora en la una o más zonas subterráneas. El método comprende inducir al menos una corriente inducida en la carcasa conductora, donde la frecuencia se selecciona para provocar que la al menos una corriente inducida genere resistencia en la carcasa conductora para aumentar una temperatura de la carcasa conductora.

[0010] La presente divulgación incluye uno o más correspondientes aspectos, formas de realización o características de manera aislada o en varias combinaciones, ya se hayan declarado específicamente o no (incluso reivindicado) en esa combinación o de manera aislada.

[0011] El sumario anteriormente expuesto y la siguiente descripción pretenden ser meros ejemplos no limitativos.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0012] A continuación se describirá la invención a modo de un ejemplo de forma de realización con referencia a los dibujos adjuntos simplificados, esquemáticos y no a escala. Cualquier dimensión prevista en los dibujos se proporciona únicamente para fines ilustrativos, y no limita la invención según lo definido por las reivindicaciones. En los dibujos: la figura 1A es una representación esquemática de un dispositivo de calentamiento;

la figura 1B es una vista en planta lateral del dispositivo de calentamiento de la figura 1A con partes omitidas; la figura 1C es una vista en planta superior del dispositivo de calentamiento de la figura 1B. Las figuras 1A a 1C se refieren en conjunto en el presente documento como figura 1;

la figura 2 es una vista transversal del dispositivo de calentamiento de la figura 1B;

la figura 3A es una vista en planta lateral de un conductor que se puede utilizar en el dispositivo de calentamiento; la figura 3B es una vista en planta lateral de otro conductor que se puede utilizar en el dispositivo de calentamiento de acuerdo con las formas de realización del presente documento;

la figura 3C es una vista en planta lateral de otro conductor más que se puede utilizar en el dispositivo de calentamiento de acuerdo con las formas de realización del presente documento. Las figuras 3A a 3C se refieren en conjunto en el presente documento como figura 3;

la figura 4 es una vista en perspectiva de un soporte de bobina de trabajo de muestra que se puede utilizar en el dispositivo de calentamiento de acuerdo con las formas de realización del presente documento;

la figura 5A es una representación esquemática de un dispositivo de calentamiento que presenta múltiples inversores monofásicos de acuerdo con las formas de realización del presente documento;

la figura 5B es una representación esquemática de un dispositivo de calentamiento que presenta un inversor trifásico de acuerdo con las formas de realización del presente documento;

la figura 5C es una representación esquemática del dispositivo de calentamiento de la figura 5B que muestra las bobinas de trabajo del conductor trifásico;

la figura 5D es una representación esquemática simplificada del dispositivo de calentamiento de la figura 5C que representa la conexión en estrella entre las bobinas de trabajo;

la figura 5E es una representación esquemática de un dispositivo de calentamiento que presenta un inversor trifásico y un conductor trifásico que presenta tres bobinas de trabajo entrelazadas;

la figura 5F es una representación esquemática simplificada del dispositivo de calentamiento de la figura 5E que representa la conexión en estrella entre las bobinas de trabajo. Las figuras 5A a 5F se refieren en conjunto en el presente documento como figura 5;

la figura 6 es una vista en perspectiva de una camisa exterior opcional sostenida en la carcasa del dispositivo de calentamiento de acuerdo con las formas de realización del presente documento;

la figura 7 es una representación esquemática de un dispositivo de calentamiento que presenta un sistema de refrigeración de acuerdo con las formas de realización del presente documento; y

la figura 8 es un gráfico que representa el tiempo requerido para que el suelo en el centroide de una matriz de tres dispositivos de calentamiento dispuestos en un triángulo equilátero alcance varias temperaturas.

DESCRIPCIÓN DE FORMAS DE REALIZACIÓN

[0013] Al describir la presente invención, todos los términos no definidos en el presente documento poseen sus significados comunes reconocidos en la técnica. En la medida en que la siguiente descripción es de una forma de realización específica o un uso particular de la invención, se pretende que esta sea únicamente ilustrativa, y no limitativa de la invención reivindicada. Se prevé que la siguiente descripción abarque todas las alternativas, modificaciones y equivalentes que se incluyen en el alcance de la invención, según lo definido en las reivindicaciones anexas.

[0014] Se proporciona un dispositivo de calentamiento configurado para convertir energía electromagnética en energía térmica. Una aplicación del dispositivo de calentamiento es para el calentamiento del suelo, como, por ejemplo, la rehabilitación o recuperación de suelos in situ de betún y petróleos pesados a partir de depósitos subterráneos. En formas de realización, el factor de calidad operativa Q del elemento calentador del dispositivo de calentamiento es lo suficientemente bajo como para proporcionar unas condiciones operativas estables y una alta eficiencia de la transferencia de energía electromagnética a energía térmica. En consecuencia, la potencia de entrada que puede distribuirse al elemento calentador es mayor que la conseguida actualmente con la tecnología de la técnica anterior.

[0015] El funcionamiento del dispositivo de calentamiento se basa en la ley de inducción electromagnética de Faraday. En concreto, en formas de realización, el elemento calentador del dispositivo de calentamiento es una carcasa conductora que se calienta mediante la inducción de una corriente eléctrica dentro de la pared de la carcasa, como resultado del paso de una corriente alterna a través de un conductor situado dentro de la carcasa, donde la corriente alterna posee una frecuencia suficiente para explotar el efecto pelicular. El efecto pelicular limita la penetración de la corriente en la pared de la carcasa, de tal manera que la corriente inducida esté confinada a una capa muy fina de la carcasa y, dado un conductor de forma helicoidal, la corriente inducida fluye en una dirección circunferencial en la pared de la carcasa. Dicho de otro modo, la densidad de corriente en la carcasa es la mayor cerca de la superficie interna de la carcasa. El efecto pelicular da como resultado la estabilización de una resistencia apreciable en la carcasa, bajo la cual el paso de la corriente inducida a través de la resistencia genera calor.

[0016] En una operación de rehabilitación, puede disponerse una pluralidad de dispositivos de calentamiento en un patrón (al que también se hace referencia como una «matriz»). Cada dispositivo de calentamiento comprende un elemento calentador, por ejemplo, una carcasa conductora, que preferiblemente es impermeable y contiene un conductor, por ejemplo, una o más hélices conductoras internas, que se extienden longitudinalmente en esta. El conductor está conectado a una unidad de energía, que puede comprender uno o más rectificadores e inversores que convierten la energía distribuida a esta, por ejemplo, por un servicio público, en una corriente alterna de alta frecuencia. La unidad de energía también puede comprender uno o más condensadores para crear resonancia de circuito durante el funcionamiento para proporcionar un funcionamiento más eficiente. El dispositivo de calentamiento también puede estar equipado con un aparato para monitorizar y regular la temperatura a lo largo del elemento calentador. La corriente alterna se distribuye al conductor para producir un campo magnético axial alterno, que a su vez induce una correspondiente corriente eléctrica alterna circunferencial en la pared de la carcasa conductora. El conductor y otros componentes electrónicos del dispositivo de calentamiento pueden ser recuperables para su reutilización tras haber completado las operaciones de calentamiento del suelo.

[0017] Se proporciona un dispositivo de calentamiento, representado en las figuras 1 y 2, que tiene un conductor 80 alojado dentro de un elemento calentador, que es una carcasa conductora tubular 60. El conductor 80 está conectado a una unidad de energía 42. La unidad de energía 42 puede comprender uno o más inversores 43, rectificadores y condensadores. La carcasa 60 puede estar cerrada en un extremo inferior 64, de tal manera que el interior de la carcasa esté aislado de las partículas y fluidos del suelo que se va a calentar. El conductor 80 recibe al menos una corriente eléctrica de excitación desde la unidad de energía 42. La corriente eléctrica de excitación es una corriente alterna que, cuando se suministra al conductor 80, provoca que el conductor 80 genere un campo magnético alrededor de esta. El campo magnético generado induce, a su vez, una corriente eléctrica inducida en la pared de la carcasa 60. La frecuencia de la primera corriente y las propiedades del material de la carcasa 60 pueden seleccionarse para generar calor en la pared de la carcasa, que puede transferirse después al suelo que la rodea cuando el dispositivo de calentamiento 20 es subterráneo. El calor generado por el dispositivo de calentamiento 20 puede utilizarse para facilitar la rehabilitación del suelo vaporizando contaminantes, y/o la recuperación de betún/petróleo pesado movilizando depósitos de hidrocarburos cercanos en formaciones subterráneas.

[0018] La unidad de energía 42 está alojada dentro de un cuadro eléctrico 40 situado cerca de la carcasa 60. En referencia a la figura 1 A, el cuadro 40 puede estar situado sobre el suelo G. En una forma de realización, el cuadro 40 está sostenido por un soporte de cuadro 41 para que el cuadro esté a una distancia sobre el suelo. El cuadro eléctrico 40 está configurado para permitir la comunicación eléctrica entre la unidad de energía 42 y el conductor 80 y entre la unidad de energía 42 y una fuente de energía externa 45, como un transformador configurado para recibir energía desde un servicio público y una potencia de salida con un voltaje apropiado para ser distribuida a la unidad de energía 42. Puede utilizarse un rectificador para convertir la corriente CA recibida desde la fuente de energía 45 en una corriente CC, y puede utilizarse un inversor para convertir la corriente CC del rectificador en una corriente CA de excitación que presenta una frecuencia deseada. Pueden proporcionarse uno o más condensadores en la unidad de energía 42 para permitir la resonancia del circuito en respuesta a una corriente de excitación proporcionada a una frecuencia de resonancia del circuito eléctrico del dispositivo de calentamiento 20, permitiendo así un funcionamiento más eficiente.

[0019] El dispositivo de calentamiento 20 puede incluir un controlador (no representado) configurado para recibir entradas desde uno o más sensores (no representados) situados a lo largo de la carcasa 60 y controlar la al menos una corriente CA de excitación de la unidad de energía 42 para una potencia calorífica óptima en respuesta a los datos recibidos de los sensores. El dispositivo de calentamiento 20 puede comprender, además, alarmas para notificar a un operario de condiciones operativas anómalas y/o de fallos en el equipo, y/o componentes de telemetría para permitir el control remoto y el funcionamiento del dispositivo de calentamiento 20. Uno o más del controlador, sensores, alarmas y componentes de telemetría puede(n) estar alojado(s) en el cuadro 40.

[0020] Como se muestra mejor en las figuras 1 y 2, la carcasa conductora 60 del dispositivo de calentamiento 20 es un miembro tubular alargado que presenta un primer extremo (superior) 62, un segundo extremo (inferior) 64, y un orificio interior 70 que se extiende entre ellos. El extremo superior 62 está abierto y configurado para conectarse herméticamente a una tapa superior 61, por ejemplo, a través de una conexión de brida 63 o conexión roscada (no representada). En formas de realización, la tapa superior 61 está hecha de acero al carbono, acero inoxidable u otro material adecuado, y/o se llena con mortero refractario para su aislamiento eléctrico y térmico. La interfaz entre la tapa superior 61 y el extremo superior 62 puede comprender, además, una junta (no representada) configurada para proporcionar una barrera térmica. La junta puede incluir material refractario. La tapa superior 61 presenta aberturas 24 definidas en esta para permitir conexiones eléctricas a través de estas. A través de las aberturas 24 se reciben porciones del conductor 80 y se extienden más allá de la superficie superior de la tapa 61 para su conexión a otros componentes del dispositivo de calentamiento 20, que se describirá abajo de forma más detallada Alternativamente, los conectores eléctricos, como cables de alimentación de alta frecuencia 44, pueden extenderse desde arriba de la tapa 61 a través de aberturas 24 y hacia el interior de la carcasa 60 para conectarse con el conductor 80 dentro de la carcasa 60. El extremo inferior 64 está cerrado, por ejemplo, mediante la soldadura de una tapa inferior 66 a este, de tal manera que el orificio interior 70 de la carcasa 60 esté aislado de los fluidos y partículas externas durante el funcionamiento.

[0021] La carcasa 60 está hecha de un material conductor, por ejemplo, uno con una permeabilidad relativamente alta y baja conductividad (es decir, alta resistividad), como el acero al carbono, que posee una permeabilidad relativa de 100, con el fin de beneficiarse del efecto pelicular, como se ha explicado abajo. La carcasa 60 puede estar hecha de cualquier otro material ferroso que presente una permeabilidad relativa adecuada para limitar la profundidad de penetración hasta tal punto que la resistencia resultante a la corriente inducida en la carcasa 60 genere la cantidad de calor deseada. Por ejemplo, los materiales de la carcasa con una permeabilidad relativa que oscile entre 100 y 2000 serían aceptables. Cuando la carcasa 60 está hecha de un material como el que se ha descrito anteriormente y se utiliza en cooperación con el conductor 80 y un condensador 47a,47b, como se muestra, por ejemplo, en la figura 5A, el resultado es un circuito de valor Q bajo que es capaz de resonar como respuesta a un rango más amplio de frecuencias de campo magnético. Puede aplicarse un mortero refractario a la pared interior de la carcasa 60 para aislar eléctrica y térmicamente la carcasa 60 del conductor 80. Alternativamente, puede aplicarse el mortero refractario al conductor 80 para aislarlo eléctricamente de la carcasa 60. El mortero es preferiblemente refractario para que no se rompa con el calor, que puede poner en peligro el aislamiento entre el conductor 80 y la carcasa 60. El espesor de la pared de la carcasa 60 debería ser mayor que una profundidad de penetración 5, aunque lo suficientemente fino como para que la carcasa 60 pueda alcanzar la temperatura deseada en un período de tiempo razonable cuando el dispositivo de calentamiento 20 está en funcionamiento. En un ejemplo de forma de realización, la carcasa 60 es un tubo de acero de 152 mm (6 pulgadas) de diámetro que presenta un espesor de pared de aproximadamente 3,2 mm (1/8 pulgadas), con un recubrimiento grueso de aproximadamente 1,6 mm (1/16 pulgadas) de material refractario aislante eléctrico adecuado en la pared interior. La carcasa 60 puede ser de cualquier longitud, dependiendo de la aplicación y de la profundidad de la zona subterránea que se vaya a calentar. En algunas formas de realización, la carcasa 60 puede estar vinculada al suelo de utilidad por razones de seguridad eléctrica.

[0022] En referencia a las figuras 1 y 2, el conductor 80 está alojado dentro de la carcasa 60 y se extiende axialmente a lo largo de una longitud del orificio interior 70. El conductor 80 está situado de forma sustancialmente coaxial y concéntricamente en relación con la carcasa 60. Pueden utilizarse uno o más centralizadores para ayudar a mantener la posición del conductor dentro de la carcasa 60. El conductor 80 está conectado mediante conectores eléctricos a la unidad de energía 42. En formas de realización, el conductor 80 está hecho de cobre, aluminio, plata u otro material conductor adecuado conocido en la técnica. En las figuras 2 y 3A, el conductor 80 comprende una o más bobinas de trabajo 82a,82b y una porción de retorno lineal 84 que se extiende a lo largo de su abertura central y que está conectada a un extremo de cada una de las bobinas de trabajo 82a,82b. Puede sostenerse un centralizador 86 sobre el conductor 80 para ayudar a centrarlo con respecto a la carcasa 60. En la figura 3A, el centralizador 86 está sostenido en la porción de retorno 84 y situado entre las bobinas de trabajo 82a,82b. Naturalmente, el centralizador 86 puede estar situado en cualquier otro lugar en el conductor 80, y puede utilizarse más de un centralizador.

[0023] Cada bobina de trabajo 82a,82b está configurada para recibir y energizarse mediante una respectiva corriente CA de excitación de la unidad de energía 42 (es decir, una corriente de excitación producida por uno de los inversores). Cada una de las bobinas de trabajo 82a,82b presenta una porción de conexión superior 83a,83b, respectivamente, para comunicación eléctrica con la unidad de energía 42 a través de un conector eléctrico 44, por ejemplo, un cable de alimentación. La porción de conexión superior 83a,83b es el extremo libre de la bobina de trabajo 82a,82b. El extremo superior de la porción de retorno 84 también está en comunicación eléctrica con la unidad de energía 42 a través de un conector eléctrico 44. En las figuras 1A y 2, el extremo superior de la porción de retorno 84 y las porciones de conexión superiores 83a,83b se reciben a través de aberturas 24 y se extienden más allá de la superficie superior de la tapa superior 61 para conectarse a los conectores eléctricos 44 fuera de la carcasa 60.

[0024] Cuando son energizadas por la corriente CA de excitación, cada una de las bobinas de trabajo 82a,82b genera un campo magnético alrededor de esta. En algunas formas de realización, las bobinas de trabajo 82a,82b son bobinas helicoidales conductoras que proporcionan una gran superficie para transportar una gran cantidad de corriente CA de alta frecuencia, reduciendo así las pérdidas eléctricas introducidas por el efecto pelicular. Cada bobina de trabajo 82a,82b puede tener una sección transversal generalmente circular o rectangular, y puede estar hecha de tubos huecos o sólidos, como tubos de cobre.

[0025] Cada una de las bobinas de trabajo 82a,82b se extiende a lo largo de al menos una porción de la longitud del orificio interior 70, y cada una puede estar situada selectivamente en una ubicación axial diferente del orificio interior 70 para calentar un estrato de suelo distinto. En un ejemplo, la bobina de trabajo 82a puede estar situada por encima y separada a cierta distancia de la bobina de trabajo 82b. A pesar de que en las figuras 2 y 3A se muestran dos bobinas de trabajo, el dispositivo de calentamiento 20 puede comprender otros números de bobinas de trabajo, y los inversores 43 pueden seleccionarse de tal manera que la magnitud de la corriente CA de excitación recibida por cada bobina de trabajo 82 sea la misma o distinta de la que reciben las otras bobinas 82. En consecuencia, puede establecerse un gradiente de temperatura a través de la carcasa 60, y el dispositivo de calentamiento 20 puede estar configurado para permitir que diferentes porciones a lo largo de la carcasa 60 se calienten selectivamente a distintas temperaturas adecuadas para la composición del suelo y los contaminantes presentes en las distintas zonas y/o estratos. Por ejemplo, el dispositivo de calentamiento 20 puede estar configurado para calentar únicamente una zona y/o estrato concreto a las temperaturas necesarias para rehabilitar los contaminantes en este, lo que puede dar como resultado un uso de energía más eficiente. Como el uso de energía representa aproximadamente un tercio del coste de un proyecto de rehabilitación, el ahorro en costes asociados a dicho funcionamiento puede ser significativo.

[0026] Las figuras 3B, 3C y 5B-5F muestran conductores de muestra que pueden utilizarse con inversores trifásicos. Dichos conductores se denominan «conductores trifásicos». Los conductores trifásicos 180 y 280 están configurados para conexiones en estrella o conexiones delta, como se muestra en las figuras 5D y 5F. Por lo tanto, un conductor trifásico 180,280 presenta tres (o múltiplos de este) bobinas de trabajo 182a, 182b, 182c dispuestas axialmente en serie o tres (o múltiplos de este) bobinas de trabajo entrelazadas 282a,282b,282c, cada una con una porción de conexión separada 183a, 183b, 183c, 283a, 283b, 283c, para su conexión a la unidad de energía 42. En la forma de realización representada en las figuras 3B, 5C y 5D, el conductor 180 comprende tres bobinas de trabajo 182a, 182b, 182c dispuestas axialmente en serie, terminando cada bobina de trabajo en un respectivo nodo eléctricamente equivalente 185a, 185b, 185c. En otra forma de realización, representada por ejemplo en las figuras 3C, 5E y 5F, el conductor 280 comprende tres bobinas de trabajo 282a,282b,282c que están entrelazadas, y que se extienden a lo largo de aproximadamente la misma longitud axial del orificio interior 70, y terminan en un nodo común 285.

[0027] Por consiguiente, las múltiples bobinas de trabajo monofásicas o una bobina de trabajo trifásica puede estar construida: (i) presentando una serie de bobinas de trabajo independientes a lo largo de la longitud del orificio interior 70, como se muestra, por ejemplo, en las figuras 3A y 3B; o (ii) presentando tres bobinas de trabajo, o múltiplos de este, dispuestas axialmente en serie o entrelazando los bobinados de tres bobinas de trabajo, o múltiplos de este, como se muestra, por ejemplo, en las figuras 3B y 3C.

[0028] En los casos en que la carcasa 80 es larga y el sitio de rehabilitación es subterráneo y profundo, el voltaje de funcionamiento de la bobina de trabajo 82 puede ser bastante elevado, lo que supone un mayor peligro para el personal que está manipulando el dispositivo de calentamiento 20, y también incrementa el riesgo de formación de arcos. En tales casos, el uso de un conductor trifásico 180,280 puede ser deseable para que las longitudes de las bobinas de trabajo 182a, 182b, 182c,282a,282b,282c no se vuelvan demasiado largas y, por lo tanto, el voltaje de funcionamiento del conductor 180,280 puede mantenerse a un nivel modesto. Por ejemplo, si se requiere una bobina de trabajo de 18,3 m (60 pies) para calentar un sitio de rehabilitación, el voltaje requerido para calentar suficientemente el sitio es de aproximadamente 400 voltios a 500 voltios. Si, por el contrario, se utilizan tres bobinas de trabajo de 6,1 m (20 pies) conectadas a un inversor trifásico, únicamente deben suministrarse aproximadamente 250 voltios a cada bobina para calentar suficientemente el sitio de rehabilitación. Una alternativa a la forma de realización trifásica anterior es proporcionar simplemente tres bobinas de trabajo monofásicas de 6,1 m (20 pies) para calentar el sitio de rehabilitación.

[0029] En algunas formas de realización, la(s) bobina(s) de trabajo del conductor 80 están enrollada(s) y sostenida(s) en un soporte de bobina de trabajo 90, que se muestra de forma aislada en la figura 4. El soporte 90 puede estar situado sustancialmente de forma coaxial y concéntrica dentro de la(s) bobina(s) de trabajo y/o la carcasa 60. En algunas formas de realización, se utilizan uno o más centralizadores para ayudar a centrar el soporte 90 dentro de la(s) bobina(s) de trabajo y/o la carcasa 60. Por ejemplo, se puede sostener un centralizador en cada extremo del soporte 90 para ayudar a mantener su posición coaxial en relación con la(s) bobina(s) de trabajo y/o la carcasa 60. El soporte de bobina de trabajo 90 puede estar hecho de material aislado eléctricamente o recubierto con material aislado eléctricamente, como material refractario, para interrumpir las corrientes de Foucault inducidas por el conductor 80, de tal manera que la energía del conductor 80 no se pierda en el calentamiento del soporte 90 mediante inducción en lugar de la carcasa 60. En una muestra de forma de realización, el soporte 90 de bobina de trabajo es tubular y metálico, como un cilindro de acero o una malla de alambre de acero inoxidable enrollada en una forma tubular, recubierta en su superficie exterior con un material refractario adecuado para aislar eléctricamente el soporte 90 de la(s) bobina(s) de trabajo. En un ejemplo de forma de realización, el soporte 90 presenta un espesor de pared de aproximadamente 1,6 mm (1/16 pulgadas). En la forma de realización representada, el soporte de bobina de trabajo 90 presenta una pluralidad de perforaciones 92 definidas en su pared que funcionan para interrumpir además las corrientes de Foucault y para mitigar la inducción de corriente en el soporte 90 mediante el conductor 80.

[0030] Las figuras 5A y 5B muestran formas de realización de muestra del dispositivo de calentamiento 20. En algunas formas de realización, la unidad de energía 42 comprende uno o más inversores 43, equipado cada uno con un rectificador 46a,46b para recibir la corriente eléctrica trifásica desde al menos una fuente de energía externa 45 y para convertirla en una corriente CC, que posteriormente es convertida por el inversor 43 en una corriente CA monofásica o trifásica de alta frecuencia que se suministra al conductor 80,180,280. La corriente CA de excitación producida por los inversores 43 puede oscilar, por ejemplo, entre aproximadamente 100 voltios y aproximadamente 300 voltios, y entre aproximadamente 10 kHz y aproximadamente 50 kHz. Cada inversor 43 es un inversor trifásico, de modo que la unidad de energía 42 puede estar configurada para generar corrientes CA trifásicas de alta frecuencia. En formas de realización, hay al menos un condensador 47a,47b dispuesto en serie o en paralelo con cada inversor 43a,43b para conseguir la resonancia del circuito.

[0031] En la forma de realización de muestra representada en la figura 5A, la unidad de energía 42 comprende dos inversores monofásicos 43a,43b, cada uno de los cuales recibe energía CC desde un rectificador 46a,46b que, a su vez, es corriente suministrada desde una fuente de energía CA 45. Cada uno de los inversores 43a,43b convierte la corriente CA de 50/60 Hz de la fuente de energía 45 en una corriente CA monofásica de alta frecuencia. Los inversores 43a,43b están conectados a un conductor monofásico 80, que puede comprender una o más respectivas bobinas de trabajo 82a,82b, como se muestra, por ejemplo, en la figura 3a . Los inversores 43a,43b suministran la corriente CA convertida al conductor 80 mediante conectores eléctricos 44 y porciones de conexión 83a,83b, respectivamente. Las corrientes CA fluyen a través del conductor 80 y vuelven a los inversores 43a,43b a través de la porción de retorno 84 y el conector eléctrico 44. A pesar de que se muestran dos inversores en la figura 5A, puede apreciarse que pueden utilizarse más o menos inversores monofásicos para el dispositivo de calentamiento 20, que pueden depender del número de bobinas de trabajo en el conductor 80 y/o del tamaño de la carcasa 60.

[0032] Las figuras 5B, 5C y 5E muestran otra forma de realización de muestra en la que la unidad de energía 42 del dispositivo de calentamiento 20 comprende un inversor trifásico 143 que presenta rectificadores en este, que recibe una potencia de 50/60 Hz de la fuente de energía CA 45 y la convierte en una corriente CA trifásica de alta frecuencia. El inversor trifásico 143 está conectado a un conductor trifásico 180,280, por ejemplo, como se ha descrito anteriormente con respecto a las figuras 3B y 3C. El inversor 143 también comprende condensadores para conseguir resonancia del circuito. El inversor trifásico 143 suministra la corriente CA convertida al conductor 180,280 mediante conectores eléctricos 44 y porciones de conexión 183a, 183b, 183c, o 283a,283b,283c respectivamente. Como las bobinas de trabajo del conductor 180,280 se disponen en una configuración en estrella, no se necesita una porción de retorno 84. Evidentemente, si se utilizan múltiples conductores trifásicos 180,280 en una operación de rehabilitación, el dispositivo de calentamiento incluiría inversores trifásicos adicionales 143 para suministrar corriente de excitación a los conductores 180,280.

[0033] La carcasa 60 del dispositivo de calentamiento 20 puede estar en contacto directo con el suelo, o bien, en algunas formas de realización, en contacto indirecto con el suelo a través de una camisa exterior. Por ejemplo, como se muestra en la figura 6, el dispositivo de calentamiento 20 incluye una camisa exterior 72 sostenida y adherida a la carcasa 60 mediante conexiones anulares 75 situadas en el primer y segundo extremo 73,74 de la camisa 72. En formas de realización, las conexiones anulares 75 centralizan la camisa 72 a la carcasa 60 y aseguran la camisa 72 en esta, por ejemplo, mediante un ajuste a presión o soldadura. En formas de realización, la camisa exterior 72 es tubular y presenta una pluralidad de perforaciones 78 a lo largo de su longitud, y está conformada y dimensionada para ajustarse sustancialmente de forma concéntrica y coaxial con la carcasa 60. El diámetro interior de la camisa exterior 72 es mayor que el diámetro exterior de la carcasa 60, de tal manera que se define una corona circular entre estos. La camisa exterior 72 puede estar hecha de acero o de otros materiales conductores de calor, como acero inoxidable, aluminio y similares, y la camisa exterior 72 está montada en la carcasa 60 para permitir un fluido de transporte para entrar en la corona circular, por ejemplo, desde los puertos de entrada 76 en o cerca del primer extremo (o superior) 73 de la camisa exterior 72, y salir a través de las perforaciones 78 para fomentar la advección. En la forma de realización representada, se forman puertos de entrada 76 en la conexión anular 75 adyacente al primer extremo 73. El fluido de transporte puede ser, por ejemplo, agua, vapor o agua, que puede inyectarse en la corona circular a través de puertos de entrada 76. La adición de la camisa exterior 72 permite que el dispositivo de calentamiento 20 caliente el suelo que lo rodea tanto mediante conducción como mediante convección simultáneamente.

[0034] Como se muestra en la figura 7, el dispositivo de calentamiento puede comprender opcionalmente un sistema de refrigeración para enfriar los componentes del dispositivo de calentamiento 20. En la forma de realización representada, el sistema de refrigeración comprende una bomba 142 y un intercambiador de calor 144. La bomba 142 y el intercambiador de calor 144 están conectados en serie en comunicación fluida con el conductor 80,180,280 mediante conexiones fluidas adecuadas conocidas en la técnica, como tubos aislados, para formar un circuito de refrigeración. En algunas formas de realización, el conductor 80,180,280 comprende tubos de cobre huecos, de modo que las porciones de conexión superiores 83a,83b y el extremo superior de la porción de retorno 84 formen colectores a través de los cuales puede fluir el fluido, como un refrigerante, hacia dentro y hacia fuera del conductor 80,180,280. Además, el conductor 80,180,280, que incluye la(s) bobina(s) de trabajo 82,182,282, puede estar formado completamente de tubos de cobre huecos para que el fluido pueda fluir a través de su longitud completa.

[0035] La bomba 142 está configurada para hacer circular un refrigerante C alrededor del circuito de refrigeración para enfriar el conductor 80,180,280 durante operaciones. Por ejemplo, la bomba 142 inyecta un refrigerante C en el conductor 80,180,280 a través del extremo superior de la porción de retorno 84 y hace circular el refrigerante C a través del conductor. Conforme el refrigerante C pasa a través del interior del conductor, el calor del conductor 80,180,280 se transfiere al refrigerante C. El refrigerante C, junto con el calor transferido, sale después del conductor 80 a través de porciones de conexión 83a y 83b y fluye a través del intercambiador de calor 144. Conforme el refrigerante pasa a través de este, el intercambiador de calor 144 disipa o retira de otro modo el calor del refrigerante C antes de ser bombeado de vuelta al conductor 80,180,280. El refrigerante C puede ser un líquido o gas adecuado que es preferiblemente no conductor, como aire, dióxido de carbono o agua desionizada. En algunas formas de realización, la superficie exterior del conductor 80,180,280 puede estar recubierta con un mortero refractario para aislar eléctricamente el conductor 80,180,280 de la carcasa 60.

[0036] Durante el uso, la unidad de energía 42 proporciona una o más corrientes CA de excitación al conductor 80,180,280. De este modo, se crea un campo magnético axial alterno alrededor de la(s) bobina(s) de trabajo 82,182,282 del conductor 80,180,280, que induce a su vez una corriente CA circunferencial en la pared de la carcasa conductora 60. La frecuencia de la corriente CA de excitación puede estar sintonizada para beneficiarse del efecto pelicular de la corriente inducida en la carcasa 60, que puede representarse mediante la siguiente fórmula:

donde 5 es la profundidad de penetración en metros, definida como la profundidad bajo la superficie interna de la carcasa 60 en la que la densidad de corriente ha caído a 1/e (aproximadamente 0,37) de la densidad de corriente en la superficie interna, p es la resistividad de un medio en ohmímetros, p es la permeabilidad del espacio libre, p es la permeabilidad relativa del medio, y f es la frecuencia de la corriente inducida en Hz. Como muestra la fórmula, la profundidad de penetración se reduce conforme aumenta la frecuencia de la corriente inducida. Es deseable una profundidad de penetración pequeña, debido a que la reducción del área de corte transversal de la carcasa dentro de la que está restringido el flujo de corriente inducida incrementa la resistencia en la carcasa 60 con la que se encuentra la corriente. El hecho de aumentar la resistencia en la carcasa 60 aumenta el calor resultante generado por la corriente inducida. En una forma de realización preferida, la al menos una corriente de excitación se suministra a una frecuencia que coincide con la frecuencia de resonancia del circuito eléctrico, es decir, el uno o más condensadores 47a,47b conectados en paralelo o en serie con el conductor 80,180,280, para alcanzar el flujo máximo de la corriente inducida en la carcasa 60. El condensador 47a,47b puede estar alojado en el cuadro 40 o incluido en otro lugar en el circuito eléctrico del dispositivo de calentamiento 20. En condiciones de resonancia, solo está presente la resistencia de la carcasa 60, que se refleja a través del número de vueltas de la(s) bobina(s) de trabajo 82,182,282; no existe reactancia para limitar la corriente inducida.

[0037] En una forma de realización, hay una pluralidad de sensores de temperatura, como termopares, separados alrededor de la longitud de la carcasa 60 del dispositivo de calentamiento para determinar la temperatura de la carcasa 60 en varias posiciones a lo largo de su longitud durante operaciones de calentamiento y para enviar los datos de temperatura de vuelta al controlador. Preferiblemente, los sensores miden la temperatura a tiempo real, de manera que el controlador puede realizar ajustes en la corriente de excitación en caso necesario como respuesta a condiciones variables conforme estas surjan. Por ejemplo, si la temperatura detectada en una zona supera los niveles deseados, el controlador puede reducir o cesar la corriente de excitación a la correspondiente bobina de trabajo hasta que la temperatura baja a un valor aceptable.

[0038] En operaciones de rehabilitación de suelos o recuperación de hidrocarburos, varios dispositivos de calentamiento 20 pueden extenderse desde la superficie del suelo G hacia la zona de rehabilitación y/o la formación de hidrocarburos. Los dispositivos de calentamiento 20 pueden estar dispuestos en matrices para calentar el suelo dentro y alrededor de las matrices a temperaturas deseadas.

[0039] En una forma de realización, el dispositivo de calentamiento 20 está configurado para generar un calor de superficie superior a 1000 °C. El calor de superficie máximo del dispositivo 20 está restringido principalmente por el punto de fusión de los materiales utilizados para el conductor 80, la carcasa 60 y la camisa exterior 72 (en caso de incluirse). En algunas formas de realización, los dispositivos 20 pueden estar separados en una matriz para alcanzar una temperatura mínima del suelo de 250-800 °C aproximadamente en el centro de la matriz. Por ejemplo, los dispositivos 20 pueden estar separados entre sí de aproximadamente 1,5 m (5 pies) a aproximadamente 6,1 m (20 pies). Como el dispositivo 20 genera calor a través de la corriente inducida magnéticamente en una carcasa conductora 60, puede utilizarse una carcasa con un radio mayor que el que existe en las tecnologías de calentamiento de tubos, proporcionando así una mayor superficie de calentamiento. El tamaño de la superficie de calentamiento es inversamente proporcional a la cantidad de tiempo necesaria para alcanzar la temperatura deseada para la rehabilitación de suelos y/o la movilización de hidrocarburos. El área de superficie de un elemento calentador cilíndrico (es decir, la carcasa 60) viene dada por 2nrL, donde r es el radio del cilindro y L es la longitud del cilindro. Como tal, un incremento en el radio de la carcasa 60 también es inversamente proporcional al tiempo requerido para calentar el suelo hasta la temperatura deseada.

[0040] Para algunas operaciones, se utilizan múltiples dispositivos de calentamiento 20 y se disponen en matrices (por ejemplo, en forma de triángulos equiláteros, con uno de los dispositivos de calentamiento en cada vértice y los dispositivos de calentamiento separados entre sí) y se extienden a una o más zonas de suelo que se van a calentar. La figura 8 proporciona una representación gráfica de la relación entre el diámetro del dispositivo de calentamiento, la temperatura y el tiempo de calentamiento de una matriz de tres dispositivos de calentamiento 20 que funcionan a aproximadamente 1500 vatios por metro y situados en los vértices de un triángulo sustancialmente equilátero, donde cada dispositivo de calentamiento 20 está separado a aproximadamente 8 pies (aprox.2,5 m) del resto. Las temperaturas trazadas se calculan en el centroide del triángulo, que está a aproximadamente 1,4 m con respecto a cualquiera de los vértices. El gráfico de temperatura-tiempo para la matriz de los dispositivos de calentamiento 20 con carcasas con un diámetro de 51 mm (2 pulgadas), presentando cada una un espesor de pared de aproximadamente 3,2 mm (1/8"), se indica mediante el carácter de referencia 102. Del mismo modo, los gráficos de temperatura-tiempo para las matrices de los dispositivos de calentamiento 20 con carcasas con un diámetro de 76 mm (3 pulgadas), 102 mm (4 pulgadas), 127 mm (5 pulgadas) y 152 mm (6 pulgadas), presentando cada una un espesor de pared de aproximadamente 3,2 mm (1/8"), se indican mediante los caracteres de referencia 103, 104, 105 y 106, respectivamente.

[0041] Como puede observarse en la línea 104 en la figura 8, la matriz de los dispositivos de calentamiento 20 con carcasas con un diámetro de 4 pulgadas (102 mm) es incapaz de alcanzar una temperatura del centroide de 250 0C en 90 días. Como se muestra en la línea 105, la matriz de los dispositivos de calentamiento con carcasas con un diámetro de 5 pulgadas (127 mm) tarda aproximadamente 59 días en alcanzar una temperatura del centroide de aproximadamente 250 0C. Como se muestra en la línea 106, la matriz de dispositivos de calentamiento con carcasas con un diámetro de 6 pulgadas (152 mm) tarda aproximadamente 44 días en alcanzar una temperatura del centroide de aproximadamente 250 0C.

[0042] Una vez completadas las operaciones de rehabilitación y/o recuperación de hidrocarburos, el conductor 80 y el cuadro 40 (si se colocan bajo tierra) pueden recuperarse del suelo simplemente retirando el cuadro 40 y sacando el conductor 80 del cuadro 60. El cuadro 40 y el conductor 80 pueden reutilizarse entonces para otras operaciones, según lo deseado. La carcasa 60 de acero relativamente económica puede abandonarse en el suelo. De este modo, puede recuperarse aproximadamente el 60 % o más de los materiales utilizados, a diferencia del 100 % de los materiales que se abandonan en las operaciones típicas de calentamiento del suelo de la técnica anterior.

[0043] La carcasa 60 es un tubo de acero al carbono de 152 mm (6 pulgadas), con un recubrimiento de mortero refractario de 3,2 mm (1/8") en su pared interior, conectado en su extremo superior por una conexión de brida a una tapa superior de acero 61 llena de mortero refractario. Las porciones de conexión 83a,83b y la porción de retorno 84 del conductor 80 se extienden desde la carcasa interior 60 a través de la tapa superior 61 para conectarse a la unidad de energía 42. La unidad de energía 42 está conectada a una fuente de energía externa 45 para recibir aproximadamente entre 50 VAC y 300 VAC de esta, y presenta componentes electrónicos adecuados, como rectificadores e inversores, para convertir la energía recibida a una corriente alterna de excitación de alta frecuencia que oscila entre aproximadamente 10 kHz y aproximadamente 50 kHz. La unidad de energía 42 también puede presentar uno o más condensadores en serie o en paralelo a las bobinas de trabajo 82a,82b del conductor para alcanzar la resonancia del circuito. El dispositivo de calentamiento también incluye un controlador para controlar y sintonizar la corriente CA de excitación. El conductor 80 recibe la corriente CA de excitación desde la unidad de energía 42. El conductor 80 comprende una pluralidad de bobinas de trabajo helicoidales 82 situadas en ubicaciones axiales seleccionadas a lo largo de la longitud de la carcasa 60 para calentar varias zonas y/o estratos del suelo. Dada una corriente de excitación con una frecuencia de aproximadamente 10 kHz a aproximadamente 50 kHz, se puede conseguir una profundidad de penetración de aproximadamente 110 pm a aproximadamente 50 pm para la corriente de Foucault inducida en la carcasa 60. La frecuencia de la corriente de excitación puede sintonizarse a aproximadamente la frecuencia de resonancia del circuito, que es determinada al menos parcialmente por la profundidad de penetración, los condensadores 47, la inductancia de fuga de la bobina de trabajo 82,182,282, y la permeabilidad de la carcasa 60.

[0044] En consecuencia, el dispositivo de calentamiento 20 puede proporcionar una mayor energía al elemento calentador (es decir, la carcasa 60) que las tecnologías existentes. Por ejemplo, la forma de realización de muestra es capaz de proporcionar aproximadamente 2500 W/m a través de la corriente de Foucault inducida en la carcasa 60 en comparación con aproximadamente 700 W/m producidos normalmente mediante tecnologías convencionales. Cuanta mayor energía se proporcione al elemento calentador, puede generarse más calor.

[0045] De acuerdo con un amplio aspecto de la presente divulgación, se proporciona un dispositivo de calentamiento para calentar suelo subterráneo que comprende: una carcasa conductora que presenta un primer extremo, un segundo extremo y una pared que define un orificio interior que se extiende entre el primer y el segundo extremo, y una temperatura; un conductor, estando situada al menos una parte del conductor en el orificio interior, estando el conductor aislado eléctricamente de la carcasa; y una unidad de energía conectada al conductor a través del primer extremo, estando configurada la unidad de energía para convertir la energía recibida de una fuente de energía en al menos una corriente de excitación y para suministrar la al menos una corriente de excitación al conductor, donde el conductor está configurado para generar al menos un campo magnético cuando la al menos una corriente de excitación se suministra a este para crear al menos una correspondiente corriente inducida en la carcasa, y donde la al menos una corriente de excitación es de una frecuencia suficiente para que la al menos una corriente inducida encuentre resistencia en la carcasa para aumentar la temperatura.

[0046] De acuerdo con otro aspecto, el conductor comprende uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo. El uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo pueden ser bobinas helicoidales. De acuerdo con otro aspecto adicional, el uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo se sitúan en una ubicación axial en el orificio interior para aumentar la temperatura de la carcasa en la ubicación axial. El uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo pueden rol estar sostenidos en un soporte de bobina de trabajo.

[0047] De acuerdo con otro aspecto, el conductor es un conductor trifásico y la unidad de energía comprende uno o más inversores trifásicos. De acuerdo con otro aspecto más, el conductor comprende uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo dispuestas axialmente en serie o uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo entrelazadas.

[0048] De acuerdo con otro aspecto, la carcasa conductora es un miembro tubular metálico. La carcasa conductora puede estar hecha de un material con una alta permeabilidad y una elevada resistividad. La pared de la carcasa presenta una superficie interna que puede estar recubierta con mortero refractario. De acuerdo con otro aspecto, el conductor también puede estar recubierto con mortero refractario.

[0049] De acuerdo con otro aspecto, el dispositivo de calentamiento comprende, además, al menos un condensador conectado en paralelo o en serie con el conductor.

[0050] De acuerdo con otro aspecto, la frecuencia de la al menos una corriente de excitación es aproximadamente la misma que la frecuencia de resonancia de un circuito formado por al menos el conductor, la carcasa y el al menos un condensador.

[0051] De acuerdo con otro aspecto, el dispositivo de calentamiento comprende, además, uno o más sensores de temperatura situados a lo largo de la longitud de la carcasa; y un controlador para recibir datos del uno o más sensores de temperatura, y en respuesta a los datos, modificar la al menos una corriente de excitación.

[0052] De acuerdo con otro aspecto, el dispositivo de calentamiento comprende, además, una camisa exterior sostenida en la carcasa conductora y que define una corona circular entre estas para recibir un fluido de transporte.

[0053] De acuerdo con otro aspecto, el dispositivo de calentamiento comprende, además, un sistema de refrigeración para retirar calor del conductor.

[0054] De acuerdo con otro amplio aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema para calentar una o más zonas subterráneas de suelo que comprende: una pluralidad de dispositivos de calentamiento dispuestos en una matriz. En otro aspecto, la matriz se encuentra en forma de uno o más triángulos, con al menos uno de la pluralidad de los dispositivos de calentamiento en cada vértice del uno o más triángulos. La distancia entre dispositivos de calentamiento adyacentes es de entre aproximadamente 1,5 m (5 pies) y aproximadamente 6,1 m (20 pies).

[0055] De acuerdo con otro amplio aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método de calentamiento de una o más zonas subterráneas de suelo que comprende: suministrar al menos una corriente de excitación alterna, teniendo cada una una frecuencia, a al menos una respectiva bobina conductora alojada dentro de una carcasa conductora, estando la al menos una bobina conductora aislada eléctricamente de la carcasa conductora, y estando situada la carcasa conductora en la una o más zonas subterráneas; e inducir al menos una corriente inducida en la carcasa conductora, donde la frecuencia se selecciona para provocar que la al menos una corriente inducida genere resistencia en la carcasa conductora para aumentar una temperatura de la carcasa conductora.

[0056] De acuerdo con otro aspecto, el método comprende, además, convertir una corriente pública alterna en al menos una corriente continua, y convertir la al menos una corriente continua en la al menos una corriente de excitación alterna.

[0057] De acuerdo con otro aspecto, cada una de la al menos una bobina conductora está conectada en paralelo o en serie con al menos un correspondiente condensador y la frecuencia de cada una de la al menos una corriente de excitación es aproximadamente la misma que una frecuencia de resonancia de un circuito formado por una respectiva de la al menos una bobina conductora, su correspondiente al menos un condensador, y la carcasa conductora. La al menos una corriente de excitación alterna es trifásica.

[0058] De acuerdo con otro aspecto, el método comprende, además, recoger datos de temperatura de al menos un sensor situado en la carcasa conductora; y modificar selectivamente la al menos una corriente de excitación alterna en respuesta a los datos de temperatura recogidos. De acuerdo con otro aspecto más, el método comprende, además, inyectar un fluido de transporte en una corona circular definida entre la carcasa conductora y una camisa exterior sostenida en la carcasa conductora.

[0059] De acuerdo con otro aspecto, el método comprende, además, la eliminación de calor desde la al menos una bobina conductora, que puede comprender el paso de un refrigerante a través de la al menos una bobina conductora.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de calentamiento (20) para calentar suelo subterráneo que comprende:

una carcasa conductora (60) que presenta un primer extremo (73), un segundo extremo, y una pared que define un orificio interior que se extiende entre el primer y el segundo extremo (74), y una temperatura;

un conductor (80, 180, 280), estando situada al menos una parte del conductor (80, 180, 280) en el orificio interior (70), estando el conductor (80, 180, 280) aislado eléctricamente de la carcasa (60); y

una unidad de energía (42) conectada al conductor (80, 180, 280) a través del primer extremo (73), estando configurada la unidad de energía (42) para convertir la energía recibida de una fuente de energía (45) en al menos una corriente de excitación y suministrar la al menos una corriente de excitación al conductor (80, 180, 280), donde el conductor (80, 180, 280) está configurado para generar al menos un campo magnético cuando la al menos una corriente de excitación se suministra a este para crear al menos una correspondiente corriente inducida en la carcasa (60), y donde la al menos una corriente de excitación es de una frecuencia suficiente para la al menos una corriente inducida para encontrar resistencia en la carcasa para incrementar la temperatura;

caracterizado por que,

la unidad de energía (42) comprende uno o más inversores trifásicos (143), y la al menos una corriente de excitación es una corriente trifásica; y,

donde el conductor (80, 180, 280) comprende uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo (182a, 182b, 182c, 282a, 282b, 282c).

2. Dispositivo de calentamiento (20) según la reivindicación 1, donde cada uno de los uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo (182a, 182b, 182c, 282a, 282b, 282c) están situados en una ubicación axial en el orificio interior (70) para incrementar la temperatura de la carcasa (60) en la ubicación axial, y opcionalmente una o ambas de: las bobinas del uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo (182a, 182b, 182c, 282a, 282b, 282c) son bobinas helicoidales; y las bobinas del uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo (182a, 182b, 182c, 282a, 282b, 282c) están sostenidas en un soporte (90) de bobina de trabajo.

3. Dispositivo de calentamiento según la reivindicación 1 o 2, donde:

(i) cada conjunto de tres bobinas de trabajo comprende tres bobinas de trabajo (182a, 182b, 182c) dispuestas en serie; o,

(ii) cada conjunto de tres bobinas de trabajo comprende tres bobinas de trabajo entrelazadas (282a, 282b, 282c).

4. Dispositivo de calentamiento (20) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde una o ambas de: la carcasa (60) es un miembro tubular metálico; y la carcasa (60) está hecha de un material de alta permeabilidad que posee una elevada resistividad.

5. Dispositivo de calentamiento (20) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde una o ambas de: la pared de la carcasa (60) presenta una superficie interna recubierta con material refractario que también es un aislante eléctrico; y el conductor (80, 180, 280) está recubierto con material refractario que también es un aislante eléctrico.

6. Dispositivo de calentamiento (20) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 que comprende, además, al menos un condensador (47a, 47b) conectado en paralelo o en serie con el conductor (80, 180, 280) y, opcionalmente, donde la frecuencia de la al menos una corriente de excitación es aproximadamente la misma que la frecuencia de resonancia de un circuito formado por al menos el conductor (80, 180, 280), la carcasa (60) y el al menos un condensador (47a, 47b).

7. Dispositivo de calentamiento (20) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que comprende, además:

uno o más sensores de temperatura situados a lo largo de la longitud de la carcasa (60); y,

un controlador para recibir datos del uno o más sensores de temperatura, y en respuesta a los datos, modificar la al menos una corriente de excitación.

8. Dispositivo de calentamiento (20) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 que comprende, además, uno o ambos de: una camisa exterior (72) sostenida en la carcasa conductora (60) y que define una corona circular entre ambos para recibir un fluido de transporte para calentar el suelo subterráneo mediante convección térmica; y un sistema de refrigeración para eliminar calor del conductor (80, 180, 280).

9. Sistema para calentar una o más zonas subterráneas de suelo que comprenden:

una pluralidad de dispositivos de calentamiento (20) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, dispuestos en una matriz.

10. Sistema según la reivindicación 9, donde la matriz tiene forma de uno o más triángulos, con al menos uno de la pluralidad de los dispositivos de calentamiento (20) en cada vértice del uno o más triángulos, y opcionalmente donde la distancia entre dispositivos de calentamiento (20) adyacentes es de entre aproximadamente 1,5 m (5 pies) y aproximadamente 6,1 m (20 pies).

11. Método de calentamiento de una o más zonas subterráneas de suelo con un dispositivo de calentamiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 o con un sistema de acuerdo con la reivindicación 9 o 10, comprendiendo el método:

suministrar al menos una corriente de excitación alterna, teniendo cada una una frecuencia a al menos un respectivo conductor (180, 280) alojado dentro de una carcasa conductora (60), estando el al menos un conductor (180, 280) aislado eléctricamente de la carcasa conductora (60), y estando situada la carcasa conductora (60) en la una o más zonas subterráneas; e

inducir al menos una corriente inducida en la carcasa conductora (60),

donde la frecuencia se selecciona para provocar que la al menos una corriente inducida genere resistencia en la carcasa conductora (60) para aumentar una temperatura de la carcasa conductora (60);

donde la al menos una corriente de excitación alterna es trifásica; y,

donde el al menos un conductor (180, 280) comprende uno o más conjuntos de tres bobinas de trabajo (182a, 182b, 182c, 282a, 282b, 282c).

12. Método según la reivindicación 11, donde cada uno del al menos un conductor (180, 280) está conectado en paralelo o en serie con al menos un correspondiente condensador (47a, 47b) y la frecuencia de cada una de la al menos una corriente de excitación es aproximadamente la misma que una frecuencia de resonancia de un circuito formado por un respectivo del al menos un conductor (180, 280), su correspondiente al menos un condensador (47a, 47b), y la carcasa conductora (60).

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12 que comprende, además, recoger datos de temperatura de al menos un sensor situado en la carcasa conductora (60); y modificar selectivamente la al menos una corriente de excitación alterna en respuesta a los datos de temperatura recogidos.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13 que comprende, además, uno o ambos de inyectar un fluido de transporte en una corona circular definida entre la carcasa conductora (60) y una camisa exterior (72) sostenida en la carcasa conductora (60); y eliminar calor del al menos un conductor (180, 280).

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, donde la frecuencia se selecciona de tal manera que una profundidad de penetración de la corriente inducida está dentro del intervalo de 50 pm a 110 pm.