Modelado de Procesos de Separación Agua-Petróleo Incluyendo Efectos Térmicos

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 capacidades de simulación para analizar procesos de separación de fases, basadas 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, y adicionalmente se incorpora una aproximación de Boussinesq para el modelado de las corrientes convectivas y la transferencia de calor por conducción, a fin de aplicar el modelo a equipos de separación de agua-petróleo con tubos de fuego para el calentamiento de la mezcla.
Se añade además, una correlación entre la temperatura y la velocidad de separación, modelando acorde a cada caso, los cambios de las propiedades de cada fase en función de la energía interna del fluido.
Se aplicó el modelo a tanques separadores de agua-petróleo existentes del tipo free-water knock-out (FWKO) con tubos de fuego, realizándose simulaciones transitorias bi- y tridimensionales. Si bien los resultados mostrados no pretenden todavía ser cálculos rigurosos, se entiende que al menos permiten obtener algunas conclusiones preliminares sobre el comportamiento cualitativo de este tipo de equipos separadores.