Sistema para el estudio de flujo bifásico

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El ahorro de energía y el sostenimiento del medio ambiente ocupan un gran espacio en el ámbito científico e ingenieril, los cuales están siendo incorporados en el diseño de nuevos productos y procesos. Entre los experimentos más destacados para el ahorro de energía, se destaca el de la reducción de fricción entre un fluido y un sólido, ya sea asociado al transporte de fluidos a través de tuberías o en la resistencia que presenta un fluido al ser desplazado por un cuerpo sólido. Uno de los sectores productivos involucrados con este fenómeno, es la industria petrolera, donde se puede considerar el transporte de crudo (derivados o gas) por tuberías como uno de los costos más altos dentro del proceso de producción. Con la reducción de fricción en este tipo de sistemas se incrementa de manera drástica el flujo de fluido con la misma potencia de bombeo, o de manera alterna se logra reducir el consumo energético al mantener el flujo.

La reducción de fricción en las tuberías se da gracias a la adición de agentes poliméricos, surfactantes (modificador de superficies), agentes humectantes o detergentes. Este fenómeno se ha estudiado ampliamente y cuenta con varias teorías acerca de su mecanismo y su funcionamiento. De igual manera, se usa a nivel mundial como una solución para reducir la energía necesaria para el bombeo de fluidos. Sin embargo, aún quedan muchos sistemas por estudiar y posibles soluciones a problemas ya tratados. Como lo describe Javier Ortiz, en “Reducción en el Arrastre y sus Aplicaciones Industriales”, en el sector del transporte marítimo se están desarrollando varios programas de investigación entre los que se destacan el Proyecto de Reducción de Fricción de Arrastre del Instituto Nacional de Investigación Marina en el Japón, el Programa de Reducción de Arrastre Viscoso del Instituto para Tecnología del Océano en Canadá, la Red Europea de Reducción de Fricción de Arrastre (DRAGNET), la cual involucra varios países de la unión europea para la investigación de este fenómeno.

Actualmente, en el departamento de Ingeniería Química de la Universidad de los Andes, se está desarrollando un proyecto de investigación que busca entender los mecanismos de reducción de fricción en oleoductos por adición de compuestos poliméricos al crudo. Para la realización de esta investigación se tienen dos enfoques de trabajo. Inicialmente se realiza un estudio experimental para la determinación de los efectos que tiene la adición de agentes reductores de fricción sobre el transporte de crudo en una tubería, para ello se cuenta con un equipo que permite controlar el flujo de fluidos altamente viscosos donde se determinan las caídas de presión en dos tuberías, una de dos pulgadas y otra de una pulgada. Este equipo cuenta con control automático de flujo y de temperatura, por lo que pueden tener en cuenta los efectos de la temperatura sobre este fenómeno. Por otra parte, se realiza un análisis computacional mediante simulaciones CFD, que permiten tener otra perspectiva del mismo proceso. Finalmente, se realizan comparaciones para poder determinar la viabilidad de escalar este sistema a tamaños reales (Tuberías entre 12 y 24 pulgadas de diámetro) usando las herramientas computacionales.