Instalación gravitacional adaptada para trabajar a altas y bajas presiones que comprende una columna termogravitacional (2) cilíndrica que incluye un tubo exterior (8) y un tubo interior (6) que definen un espacio anular (7),

unos medios de carga (3) de una mezcla de fluidos (20, 21) en el espacio anular (7), y unos medios de extracción (5) de muestras. La instalación gravitacional comprende unos medios generadores de alta presión (4) que comprenden un dispositivo hidráulico (23) que incluye un cilindro hidráulico (23b), y un intensificador de presión (24) que accionado por el cilindro hidráulico (23b) comprime la mezcla de fluidos (20, 21) en el interior de la columna termogravitacional (2) hasta alcanzar una presión determinada, manteniendo dicha presión en el espacio anular (7)

Instalación termogravitacional adaptada para trabajar a altas y bajas presiones.

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a una instalación termogravitacional adaptada para trabajar con fluido a altas y a bajas presiones.

Estado anterior de la técnica

Las propiedades de transporte de fluidos que se determinan mediante la aplicación de la técnica termogravitacional son el resultado de la combinación del efecto del gradiente térmico (difusión térmica) y de la convección (campo gravitatorio). Los procesos de transporte en fluido debidos al fenómeno de la termodifusión, han adquirido un considerable interés en problemas tan diversos como el análisis de inestabilidad hidrodinámica, el transporte de materia en seres vivos, o en algunos problemas prácticos, como el fraccionamiento de polímeros y la modelización para la explotación óptima de yacimientos petrolíferos. Hoy en día, el uso de la difusión térmica también despierta gran interés en problemas medio ambientales, como por ejemplo la deposición de aerosoles o la termoforesis.

Desde el punto de vista industrial, la importancia de la termodifusión en la exploración de pozos petrolíferos radica en el conocimiento de las variaciones de la composición de los fluidos que impregnan los depósitos. Desde su formación en un yacimiento, los constituyentes son redistribuidos por diversos procesos. A profundidades cercanas de 4000 metros, los fluidos están a menudo próximos a las condiciones críticas, y en consecuencia son muy sensibles a las fuerzas aplicadas como la gravedad o los gradientes de temperatura y de presión.

El fenómeno de la termodifusión fue observado por primera vez por Ludwig, quien descubrió que un gradiente de temperatura ocasionaba una redistribución de concentración, siendo posteriormente analizado por Soret. La magnitud relevante en la descripción del fenómeno de la termodifusión es el coeficiente Soret, dado por , donde D_T es el coeficiente de difusión térmica y D el coeficiente de difusión ordinaria o molecular. Para la determinación del coeficiente Soret se conocen dos procedimientos experimentales basados en régimen puramente no convectivo, y régimen convectivo. El primer caso, corresponde a una célula de separación de difusión térmica y el segundo, a una célula de separación de flujo continuo. Las medidas efectuadas en estas células de separación pueden venir seriamente afectadas por la presencia de perturbaciones convectivas originadas por la inestabilidad hidrodinámica o por la existencia de gradientes laterales de temperatura.

Con objeto de evitar estas perturbaciones, se han realizado medidas de separación en microgravedad y se han determinado los coeficientes de transporte de las fluido en estas condiciones. Aunque los resultados no son concluyentes, parecen señalar diferencias importantes con los valores obtenidos en la superficie de la Tierra.

Paralelamente, se han mejorado los dispositivos experimentales no convectivos y se han refinado los métodos ópticos de análisis. Pero, en cualquier caso, la pequeñez del efecto, sobre todo en la separación, hace que la mayoría de las medidas experimentales obtenidas con estas técnicas tengan una gran imprecisión.

Por el contrario, en una columna termogravitacional, también denominada columna de difusión térmica o de Clusius y Dickel, el efecto elemental de separación a presión atmosférica por difusión térmica se combina con las corrientes convectivas verticales, dando lugar a una separación amplificada entre los extremos de la columna termogravitacional que puede ser tanto positiva como negativa. En el caso de la separación positiva, es el componente menos denso de una mezcla de fluidos binaria el que se dirige hacia la pared caliente dando lugar a unos enriquecimientos en la parte superior de la célula, mientras el componente más denso se enriquece en la parte inferior, y por lo tanto, el coeficiente Soret y el coeficiente de difusión térmica son positivos. Ahora bien, en el caso de una separación negativa, es el componente más denso el que se encuentra en la parte superior de la columna dando lugar a una separación potencialmente inestable y por lo tanto S_T y D_T son negativos.

Los resultados obtenidos muestran varias ventajas de este método, por ejemplo, la separación estacionaria es independiente del gradiente térmico, y por lo tanto no es necesario un control preciso de las temperaturas. Además, la sensibilidad del método puede incrementarse disminuyendo la anchura del espacio de trabajo para el caso de columnas cilíndricas y multiplicarse hasta lograr separaciones absolutas para el caso de columnas planas inclinadas. También para el caso de separaciones negativas, se ha podido establecer un gradiente adverso de densidad, trabajando siempre con varios órdenes de magnitud por encima del valor crítico de Grashof. Además, la reproducibilidad de las medidas experimentales obtenidas mediante este método, muestra la posibilidad del método termogravitacional en la determinación de las propiedades de transporte para mezclas líquidas, trabajando tanto en configuraciones planas como cilíndricas a di- ferentes relaciones de aspecto, e incluso con nuevos procedimientos experimentales, tales como, la velocimetría láser.

Desde sus primeras aplicaciones en las que el objetivo era conseguir la separación de isótopos, hasta el abanico de posibilidades de las aplicaciones realizadas hoy en día (desde el campo de la geofísica hasta el de la metalurgia), muestran la aptitud y la diversidad de posibilidades de la aplicación de la técnica termogravitacional.

Además, entre las técnicas existentes para la determinación de propiedades de transporte de fluido, cabe destacar la técnica termogravitacional como la más idónea para la realización de los ensayos a altas presiones.

Exposición de la invención

El objeto de la invención es proporcionar una instalación termogravitacional según se define en las reivindicaciones.

La instalación gravitacional adaptada para trabajar a altas y bajas presiones que comprende una columna termogravitacional cilíndrica que incluye un tubo exterior y un tubo interior que definen un espacio anular, unos medios de carga de una mezcla de fluidos en el espacio anular, y unos medios de extracción de muestras.

La instalación gravitacional comprende unos medios generadores de alta presión que comprenden un dispositivo hidráulico que incluye un cilindro hidráulico, y un intensificador de presión que accionado por el cilindro hidráulico comprime la mezcla de fluidos en el interior de la columna termogravitacional hasta alcanzar una presión determinada, manteniendo dicha presión en el espacio anular.

La instalación termogravitacional de la invención permite determinar experimentalmente diversas propiedades de transporte de mezclas de fluidos, tales como el coeficiente de difusión térmica, el coeficiente de difusión molecular y el coeficiente Soret a bajas y altas presiones aplicando la técnica termogravitacional.

La instalación termogravitacional de la invención además de estar preparada para trabajar altas presiones, permite ser utilizada con todo tipo de fluidos, tanto en estado líquido como gases licuados. Por último, el diseño optimizado de la columna termogravitacional, facilita el montaje/desmontaje de sus componentes.

Descripción de las figuras

Figura 1 se muestra un esquema de la instalación termogravitacional según la invención adaptada para trabajar a altas y bajas presiones.

Figura 2 se muestra una sección longitudinal de una columna termogravitacional de la instalación termogravitacional mostrada en la figura 1.

Figura 3 se muestra en detalle unos medios de carga de una mezcla de fluidos en una columna termogravitacional de la instalación termogravitacional mostrada en la figura 1.

Figura 4 se muestra en detalle otros medios de carga de una mezcla de fluidos en una columna termogravitacional de la instalación termogravitacional mostrada en la figura 1

Figura 5 se muestra en detalle unos medios generadores de alta presión en una columna termogravitacional de la instalación termogravitacional mostrada en la figura 1.

Descripción detallada de la invención

La instalación termogravitacional 1 de la invención, mostrada en la figura 1, comprende una columna termogravitacional...

1. Instalación gravitacional adaptada para trabajar a altas y bajas presiones que comprende una columna termogravitacional (2) cilíndrica que incluye un tubo exterior(8) y un tubo interior (6) que definen un espacio anular (7), unos medios de carga (3) de una mezcla de fluidos (20, 21) en el espacio anular (7), y unos medios de extracción (5) de muestras, caracterizado porque comprende unos medios generadores de alta presión (4) que comprenden un dispositivo hidráulico (23) que incluye un cilindro hidráulico (23b), y un intensificador de presión (24) que accionado por el cilindro hidráulico (23b) comprime la mezcla de fluidos (20, 21) en el interior de la columna termogravitacional (2) hasta alcanzar una presión determinada, manteniendo dicha presión en el espacio anular (7).

2. Instalación gravitacional según la reivindicación anterior en donde la anchura del espacio anular (7) es variable.

3. Instalación gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de extracción (5) comprenden unas válvulas de extracción (10) integradas en el tubo exterior (8) que extraen directamente el fluido (20, 21) desde el espacio anular (7).

4. Instalación gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde la mezcla de fluidos (20, 21) que se carga en la columna termogravitacional (2) es líquida, a presión y temperatura ambiente.

5. Instalación gravitacional según la reivindicación anterior, en donde los medios de carga (3) comprenden un vaso (19a) que aloja la mezcla de fluidos (20), y un dispositivo de aire comprimido (18a) que empuja a una presión determinada, la mezcla de fluido (20) hacia la columna termogravitacional (2).

6. Instalación gravitacional según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la mezcla de fluidos (20, 21) que se carga en la columna termogravitacional (2) es gaseosa, a presión y temperatura ambiente.

7. Instalación gravitacional según la reivindicación anterior, en donde los medios de carga (3) comprenden una bombona (18b) que incluye la mezcla de fluidos (21), y una bomba de gas (19b) a través de la cual se carga la mezcla de fluidos (21) en la columna gravitacional (2) a una presión determinada.