Diseño de un banco de pruebas de flujo bifásico rotacional para evaluar el efecto del gas en equipos de bombeo

Abstract

El transporte y tratamiento de fluidos tiene presencia en la mayoría de las industrias, principalmente en las industrias petroleras y nucleares, sin embargo, debido a las condiciones de operación en esto tipos de industrias, es común encontrar diferentes tipos de fluidos inmiscibles interactuando entre sí, este tipo de flujos se les llaman flujo multifásico. Para el caso de la industria del petróleo, el cual opera con diferentes equipos de bombeo, la presencia del gas en las bombas centrifugas, perjudica notablemente el funcionamiento, produciendo que el desempeño del equipo y el equipo mismo se deterioren y reduzcan su tiempo de vida, lo que finalmente conlleva en una reducción de petróleo y por consecuencia pérdidas económicas para la industria. Hasta el año 2022, existen diversos estudios teóricos y experimentales con el objetivo de comprender el comportamiento del gas y como este afecta en las bombas centrifugas, sin embargo, en el Perú, no se tiene registro alguno de algún tipo de investigación relacionado a este tema. En ese escenario, el presente trabajo de suficiencia profesional tiene como objetivo, desarrollar el diseño de un banco de pruebas de flujo bifásico en rotación. Para ello, se recopila información desarrollada por diversos investigadores especialistas en el tema, los cuales desarrollaron bancos de pruebas similares procurando diferentes objetivos. Con la información recopilada, se sienta las bases para un diseño esquemático, el cual permite listar los equipos que se necesitan para el banco de pruebas. A continuación, se selecciona la bomba de estudio en base a criterios de condición acorde a los objetivos propuestos, y posteriormente, se realiza el cálculo del resto de los principales componentes del banco de pruebas, basado en cálculos de mecánica de fluidos. El banco contará con dos líneas de líquido y gas, el cual se mezclará al ingreso de la bomba centrifuga o de estudio.

The transport and treatment of fluids is present in most industries, mainly in the oil and nuclear industries, however, due to the operating conditions in these types of industries, it is common to find different types of immiscible fluids interacting with each other, these types of flows are called multiphase flow. In the case of the oil industry, which operates with different pumping equipment, the presence of gas in centrifugal pumps, significantly impairs the operation, causing the performance of the equipment and the equipment itself to deteriorate and reduce its lifetime, which ultimately leads to a reduction of oil and consequently economic losses for the industry. Until the year 2022, there are several theoretical and experimental studies with the objective of understanding the behavior of gas and how it affects centrifugal pumps, however, in Peru, there is no record of any type of research related to this topic. In this scenario, the present work of professional competence aims to develop a calculation methodology for the design of a rotating two-phase flow test bench. For this purpose, information developed by several researchers specialized in the subject, who developed similar test benches with different objectives, is compiled. With the information gathered, the basis for a schematic design is established, which allows listing the equipment needed for the test bench. Next, the study pump is selected based on condition criteria according to the proposed objectives, and subsequently, the calculation of the rest of the main components of the test bench is performed, based on fluid mechanics calculations. The bench will have two lines of liquid and gas, which will be mixed at the inlet of the centrifugal or study pump.