Simulación Dinámica Tridimensional de un Separador de Agua-Petróleo Tipo Free Water Knock-Out con Tubos de Fuego Usando el Modelo de Drift Flux en OPENFOAM

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.
El diseño de los equipos de separación de fases utilizados actualmente en la industria del petróleo presenta aún muchas oportunidades de mejora, y el proceso puede beneficiarse mucho de las capacidades que proveen las herramientas de la 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 un equipo separador existente del tipo free-water knock-out (FWKO) con tubos de fuego, realizándose simulaciones transitorias tridimensionales del equipo completo. Se utilizó un modelo de medio poroso para representar baffles perforados presentes en el equipo. Las simulaciones permitieron verificar el efecto positivo del calentamiento en la eficiencia separadora del equipo, y también detectar oscilaciones internas de la interfase agua-petróleo cuyo origen no está aún completamente entendido y que deberán validarse contra mediciones experimentales en el equipo real.