mecanica

Mecánica Computacional Vol XXX, págs. 2431-2459 (artículo completo)
Oscar Möller, Javier W. Signorelli, Mario A. Storti (Eds.)
Rosario, Argentina, 1-4 Noviembre 2011

MODELADO DE PROCESOS DE SEPARACIÓN AGUA-PETRÓLEO
INCLUYENDO EFECTOS TÉRMICOS
Luis F. Barcelóa,c , Pablo A. Carona , Axel E. Larreteguya , Rodolfo Gayosob , Federico
Gayosob y Germán Guido Lavallec
a Instituto

deTecnología, Universidad Argentina de la Empresa, Lima 717, (C1073AAO) Buenos Aires,
Argentina. pcaron@uade.edu.ar, alarreteguy@uade.edu.ar

b Transeparation

S.A.,Hipólito Yrigoyen 1264 2b, (C1086AAV) Buenos Aires, Argentina.
rodolfo.gayoso@transeparation.com, federico.gayoso@transeparation.com

c Candoit

Ingeniería y Tecnología, Viamonte 1526 6a, (C1055ABD) Buenos Aires, Argentina.gguidolavalle@candoit.com.ar, fbarcelo@candoit.com.ar. http:// www.candoit.com.ar

Palabras Clave: separadores de fases, petróleo, skimmer, drift-flux, CFD
Resumen.
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 laindustria 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 enmodelos 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 lascorrientes 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 aplicóel 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 equiposseparadores.

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1.

L. BARCELO et.al.

INTRODUCCIÓN

Para entender las necesidades de equipamiento de la industria del petróleo, es necesario
tener una idea del proceso de extracción del crudo. Dependiendo de la zona donde se encuentra
un yacimiento, y de la historia de producción delmismo, la forma de extracción del petróleo
puede clasificarse en primaria, secundaria, o terciaria. En la primaria, el petróleo sube sólo a
la superficie empujado por la presión del gas almacenado sobre él y/o del agua almacenada
debajo. Cuando este empuje decae, con la consiguiente degradación del rendimiento del pozo,
debe recurrirse a métodos de la etapa secundaria, como la reinyección de aguaen el yacimiento
para mantener la presión interna del mismo. En la última etapa de explotación del mismo, la
llamada terciaria, se recurre a métodos más complejos, que incluyen por ejemplo combustiones
controlados en el seno de la formación.
Debido a que el agua está casi siempre presente en el proceso, es usual que el crudo salga del
pozo acompañado entre otras cosas por cierta cantidad...