Análisis del Comportamiento de Equipos Separadores de Agua-Petróleo Usando Volúmenes Finitos y el Modelo Drift-Flux

Abstract

Los procesos de separación de fases son inherentemente complejos, involucrando fenómenos tales como: corrientes de densidad, coalescencia y rotura de gotas, y sensibilidad a surfactantes, entre otros. Muchos equipos utilizados en la industria del petróleo se siguen diseñando, sobre todo en nuestro país, en base a la experiencia y a la “tradición” de lo que el negocio considera diseños aceptables, sin incorporar aún las herramientas disponibles de Fluidodinámica Computacional. El presente trabajo se enmarca en una línea orientada a desarrollar modelos de simulación para analizar procesos de separación de fases, basados en modelos para flujos multifásicos, capaces de ser utilizados en forma eficaz para el análisis, optimización, y diseño de componentes para la industria del petróleo. Se utiliza un modelo del tipo drift-flux, que permite un razonable equilibrio entre representación adecuada de la realidad y costo computacional. Se presenta una modificación a un programa de código abierto desarrollado originalmente por otros autores para la decantación de sólidos en el tratamiento de aguas servidas, con el objeto de aplicarlo a la simulación de problemas de equipos separadores de agua y petróleo. La modificación más importante es un cambio en la forma de interpolación del flujo difusivo, para la que se propuso un esquema del tipo downwind. Se verificó el modelo propuesto en un caso unidimensional. Finalmente, se aplicó el modelo a un problema real de verificación y optimización del diseño de un tanque separador existente de tipo skimmer, realizándose simulaciones transitorias bi- y tridimensionales. Se presentan resultados para el diseño original, y para una variante del mismo. Los resultados obtenidos permitieron encontrar oportunidades de mejora en el diseño del tanque, que no se presentan por razones de confidencialidad.