Experimental and CFD modeling of a Progressing Cavity Pump (PCP) using overset mesh (2021)
Una bomba de cavidad progresiva (PCP) se usa ampliamente en la industria como método de levantamiento artificial debido a su alta eficiencia durante el bombeo de fluidos de alta viscosidad y lodos de flujo gas-líquido de dos fases. Sin embargo, modelar PCP a través de la dinámica de fluidos computacional (CFD) es bastante complicado ya que requiere un algoritmo de mallado y es computacionalmente costoso. Por lo tanto, el objetivo principal de este estudio es desarrollar un modelo CFD capaz de predecir el comportamiento de una bomba de cavidad progresiva mediante la implementación de Overset Mesh, que incluye el movimiento relativo entre el rotor y el estator. Las mallas desbordadas se utilizan para discretizar un dominio computacional con varias mallas diferentes que se superponen arbitrariamente entre sí. Son más útiles porque la geometría del rotor puede encerrarse en una región fluida (fondo) y establecerse en diferentes posiciones. El PCP analizado en este estudio es un mono-lóbulo GRP 4.0-4000 208 TSL 1-2, que contiene un rotor y estator de acero inoxidable API J55 que manejan cuatro fluidos newtonianos (agua, aceite API 12.8, aceite API 22 y aceite API 31 ) a cuatro velocidades de rotación (100, 150, 200 y 300 rpm). Los datos experimentales presentados en este trabajo fueron recolectados en la instalación experimental de PCP del Grupo SLACOL BCP (Tenjo, Colombia). Todas las mediciones se realizaron utilizando el controlador CILA2S para levantamiento artificial en el subsuelo y en la superficie para determinar las curvas operativas de caudal, eficiencia volumétrica, torque y potencia consumida. La implementación del modelo CFD se desarrolló en STAR-CCM + versión 15.02-R8 de 2020 para regímenes laminares y turbulentos. Los resultados obtenidos a través de este estudio muestran que no es necesario programar una malla estructurada para capturar el desempeño de un PCP ya que los parámetros operativos evaluados tienen una precisión del 10%