En abril de 2010, las portadas de los medios de comunicación de todo el mundo divulgaron la impactante noticia de los daños medioambientales causados por una burbuja de gas metano.

El estudio de las burbujas en las tuberías

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Los conductos y las tuberías se han erigido en las venas de la sociedad moderna. Transportan valiosos combustibles como gas y petróleo desde las profundidades del suelo oceánico, atravesando fronteras nacionales y ciudades hasta llegar al hogar del consumidor. Pero este primer paso, el transporte de gas y petróleo a través de tuberías desde el lecho marino, es un procedimiento complejo plagado de peligros por los cambios de presión que tienen lugar.

Un equipo internacional dirigido por investigadores europeos ha ideado un nuevo método con el que medir las burbujas de gas existentes en los conductos, de modo que los operarios puedan evitar erupciones incontroladas como la ocurrida en el Golfo de México en 2010. En la revista Proceedings of the Royal Society A de la Royal Society se ha publicado un artículo al respecto.

En abril de 2010, las portadas de los medios de comunicación de todo el mundo divulgaron la impactante noticia de los daños medioambientales causados por una burbuja de gas metano que provocó la explosión de una plataforma petrolífera en el Golfo de México, a raíz de la cual también fallecieron once personas. En aquel accidente, una pequeña burbuja de metano se expandió hasta tal punto que expulsó petróleo hasta una altura de 73 metros. Para evitar casos similares en las industrias petroquímica, de la fabricación y la generación de energía, es imprescindible poder medir la formación de burbujas de gas en tuberías. Ahora un equipo de investigadores de la Universidad de Southampton (Reino Unido) ha diseñado una técnica nueva para medir con mayor precisión estas burbujas.

En el trayecto desde el lecho marino hasta la superficie acuática existe un diferencial de presión. En consecuencia, y de forma natural, toda burbuja presente en el caudal de gas o petróleo extraído se expande a medida que se aproxima a la superficie y disminuye la presión. La expansión de estas burbujas puede provocar la eyección repentina de gas o petróleo desde un pozo.

En la actualidad, la distribución del tamaño de las burbujas (BSD) en un gas se calcula proyectando ondas acústicas a través del líquido que las contiene y comparando la atenuación medida de dichas ondas (la pérdida de amplitud a medida que se propagan) con la prevista según la teoría.

Lo complicado es la aplicación práctica de la teoría, pues ésta presupone que las burbujas existen en una masa de líquido infinita, pero esto puede generar errores en el cálculo de la población de burbujas.

El equipo de investigación, dirigido por el profesor Tim Leighton del «Instituto de Investigación sobre el Sonido y la Vibración» de la Universidad de Southampton, propone un método nuevo que tiene en cuenta el hecho de que las burbujas se encuentran en un conducto. Sus integrantes midieron de qué manera podrían invertirse las velocidades de fase y las atenuaciones en el líquido con burbujas encerrado en un conducto con el fin de calcular la BSD (la cual se midió aparte con una técnica óptica). La nueva técnica, apta para conductos como el de la TTF, proporciona cálculos fidedignos de la BSD si la banda de frecuencias es lo suficientemente amplia.

Según informó Leighton: «En este artículo informamos de un método que diseñamos a mediados del plazo de ejecución del contrato de investigación. Es efectivo pero, justo después de diseñarlo en 2008, sobrevino la gran crisis económica. Así que se agotaron los fondos para construir el dispositivo e integrarlo en las tuberías de mercurio del ORNL. Entonces hubo que encontrar una solución más asequible, y en ello estamos trabajando. El diseño original ha quedado en suspenso para cuando mejore la situación económica mundial. Esta ha sido una oportunidad fantástica de trabajar con los ingenieros y científicos nucleares de ORNL y RAL.»

El profesor Leighton y su equipo recibieron el encargo de contribuir a un programa ya en curso destinado a idear formas de calcular con mayor precisión la BSD en las tuberías de acero llenas de mercurio de la instalación «target test facility» (TTF) de la «Fuente de Espalación de Neutrones» (Spallation Neutron Source, SNS) -valorada en 1 400 millones de dólares- instalada en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) de Tennessee (Estados Unidos), una de las fuentes de pulsos de neutrones más potentes del mundo.

En esta instalación es posible proyectar un haz de protones empleando un acelerador lineal de cientos de metros de largo sobre veinte toneladas de mercurio líquido bombeado. En torno a la fuente, en disposición circular, se han construido instrumentos especializados cuya función es captar los haces de neutrones y emplearlos para examinar las estructuras internas de materiales, por ejemplo alas de aeronaves en pruebas, muestras forenses y productos biomédicos.

«La instalación SNS se construyó sabiendo que, de cuando en cuando, sería necesario desactivarla y que el contenedor de mercurio, ahora altamente radioactivo, tendría que sustituirse por otro nuevo, puesto que la radiación daña el acero del que está hecho -señaló el profesor Leighton-. Pero dado que el haz de protones impacta sobre el mercurio y genera ondas de choque (que hacen que las burbujas de cavitación estallen en el mercurio y erosionen el acero), es probable que esa sustitución deba producirse con mayor frecuencia de la prevista a pleno funcionamiento. Sin duda, esto compromete que se pueda alcanzar la potencia total para la que se diseñó.»

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