Modelo y simulación experimental de un tapón de hielo

Modelo y simulación experimental de un tapón de hielo en una cañería
Gabriel Pisciottano y Gabriel Usera Velasco
Facultad de Ingeniería
Para el transporte del crudo, desde la terminal del Este a la refinería de La Teja, ANCAP utiliza un
oleoducto de 16” de diámetro y 172 km de longitud. La disposición de las válvulas, coincidente en
la mayoría de los lugares con puntos bajos, genera once tramos aislables en la cañería. El tramo más
largo consta de 33,5 km que corresponden a 4100 m3 de capacidad. Esto significa que aislar un
tramo, ya sea para reparación o modificación de la cañería, implica evacuar este importante
volumen, lo cual se realiza bombeando agua desde alguna cámara cercana. Surgen así los siguientes
problemas: el propio bombeo de agua, la disposición de dicho volumen de crudo en la refinería y la
disposición del volumen de agua contaminada. Resulta evidente el costo, la complejidad y el
tiempo insumido de dicha tarea.
Además del oleoducto descripto, ANCAP cuenta con cientos de cañerías en sus plantas sobre las
cuales también es necesario realizar tareas que impliquen aislar tramos. De manejarse la técnica de
formación de un “tapón de hielo”, se pueden realizar diferentes combinaciones (por ej. dos tapones)
que fácilmente aíslen tramos pequeños de tuberías que resulte manejable su vaciamiento y así estar
en condiciones de poder actuar sobre ese tramo de la instalación.
En este Proyecto, se propone analizar la formación y comportamiento de un “tapón de hielo”, a
partir de agua inyectada dentro de la cañería, solidificando la misma desde el exterior, a través de
modelación y simulación numérica y de la implementación en escala de laboratorio de una
instalación experimental que permita realizar físicamente el tapón de hielo, haciendo experiencia en
cuanto a las dificultades técnicas que aparezcan durante esta implementación, con posibilidades de
observar el proceso de formación, medir, realizar variaciones, testear su comportamiento mecánico
ante diferentes cargas de presión y tamaños del tapón. La necesidad de inyectar agua en la cañería
proviene de la gran dificultad que presenta el crudo para ser solidificado (que es otra posibilidad
que se menciona en distintos ámbitos), ya que al ser una mezcla de sustancia diversas, y ante crudos
o hidrocarburos líquidos de diversos, en cualquier caso nos estaríamos encontrando con eventuales
puntos de congelamientos de entre -15 y -45ºC, según diversas fuentes, y aún así, no es segura una
congelación completa clásica (en futuras etapas, de resultar manejable la situación de tapón de
hielo, se podría pasar al estudio y manejo de un eventual tapón de hidrocarburos, que tiene el
atractivo de no contar con el problema de resolver la inyección del agua a la tubería).
Actualmente hay empresas que ofrecen productos para esta tarea, al menos en escalas de tuberías
“domésticas” o industriales pero no demasiado grandes. Se utilizan principalmente dos tecnologías,
circuitos abiertos con CO2 (u otros gases) y circuito cerrado en cañerías domésticas.
La limitación aparente que las soluciones tipo 2 parecen tener (limitación en diámetros) y los
grandes problemas de trabajar a temperaturas tan bajas (por ej. -78ºC) en tiempos largos y en
situaciones quizás inseguras o inviables, nos hace considerar la posibilidad de trabajar con medios
de congelamientos líquidos, mezclas alcohólicas c/agua, a temperaturas menos extremas
(posiblemente -20 a -15ºC).
Otro aspecto de suma importancia es la adhesión del hielo a la cañería. La adhesión del hielo al
acero, se ha estudiado pero en circunstancias de laboratorio, con el metal limpio. En esta aplicación,
se formará hielo sobre acero recubierto por una película de crudo, esto requiere ser estudiado con
mayor detenimiento.
El objetivo general de este proyecto consiste en investigar posibles soluciones que permitan aislar
pequeños tramos de cañería. Se propone analizar la formación y comportamiento de un “tapón de
hielo”, a partir de agua inyectada dentro de la cañería, solidificándose la misma desde el exterior, a
través de modelación y simulación numérica y de la implementación en escala de laboratorio de una
instalación experimental que permita realizar físicamente el tapón de hielo, haciendo experiencia en
cuanto a las dificultades técnicas que aparezcan durante esta implementación, con posibilidades de
observar el proceso de formación, medir, realizar variaciones, testear su comportamiento mecánico
ante diferentes cargas de presión y tamaños del tapón
Se plantea un doble abordaje, modelación/simulación numérica, e implementación experimental
como formas complementarias y económicas de avanzar en el conocimiento del problema. Se deja
para una etapa posterior, la experimentación, y eventualmente implementación práctica (junto con
técnicos y equipamiento de Ancap) en la escala e instalaciones reales, luego de haber recogido todo
el aprendizaje científico y tecnológico durante la ejecución de este proyecto.