Nicolas Ratkovich

Profesor Asociado vinculado al Departamento de IQUI en febrero de 2013. Investigador senior (con vigencia hasta 2019 - Convocatoria 781 de 2017 de Colciencias). Su enfoque es el modelamiento y simulación de flujo multifásico usando la Mecánica de Fluidos Computacional (CFD, por sus siglas en inglés “Computational Fluid Dynamics”).

La modelación y simulación de procesos son herramientas prácticas en la ingeniería donde coexisten diversas operaciones unitarias. La simulación permite de manera económica comprender y diseñar procesos con el fin de predecir su comportamiento, buscando la mayor eficiencia posible. Cabe resaltar que la simulación siempre va de la mano de la experimentación, donde el reto es lograr un equilibrio entre ellos para que, al trabajar de la mano, se mejore el uso de los recursos disponibles.

Educación 

  • Doctor of Applied Biological Science
    Universiteit Gent
    Bélgica
    2010
  • Master in Sustainable Energy Systems
    Mälardalen University College
    Suecia
    2006
  • Master in Project Management for Environmental and Energy Engineering (PM3E)
    Institut Mines-Telecom (IMT) Atlantique (antes Ecole Mines De Nantes)
    Francia
    2004
  • Ingeniero Mecánico
    Universidad de los Andes
    Colombia
    2002
  • Ingeniero Químico
    Universidad de los Andes
    Colombia
    2002

Línea de Investigación: Diseño de Productos y Procesos


Con base en las habilidades adquiridas durante mi trayectoria académica y laboral, he desarrollado cuatro (4) líneas de investigación en IQUI, que se resumen en la figura 1.

Figura 1. Líneas de investigación

  • Bombas:

Entre los principales problemas de la industria de transporte de hidrocarburos se encuentra la insuficiencia de presión en el yacimiento para levantar el petróleo, requiriendo entonces usar métodos de levantamiento artificial para extraer el petróleo. Uno de estos métodos son las bombas electro-sumergibles (ESP) las cuales operan con flujo bifásico (líquido-líquido o líquido-gas), lo que hace que el desempeño y la vida útil de estas bombas se reduzcan considerablemente. En esta línea de investigación, se analizan mezclas de aceite-agua (emulsiones), líquidos no Newtonianos, inyección de aire, etc., para analizar de forma experimental y teórica los datos y así mejorar su diseño a partir de CFD.

  • Digitación viscosa :

Durante la explotación petrolera en un pozo nuevo, los ingenieros pueden extraer de manera natural solo crudo. Sin embargo, dada la naturaleza porosa de las rocas y la interacción entre las fases (crudo-agua o crudo-gas), se extraerán fases diferentes al crudo. Esta condición es común en la industria petrolera, especialmente en yacimientos de crudo pesado. Se conoce como el fenómeno de digitación viscosa, inducido por una relación de movilidad desfavorable debido a la alta viscosidad del crudo, el cual fluye despacio comparado con otras fases. Entonces, las otras fases abrirán camino a través de crudo, alcanzando las tuberías de manera temprana, creando patrones parecidos a dedos. El principal problema entonces es la posibilidad de que uno de los dedos llegue a la tubería de extracción y reduzca la producción de crudo. Las consecuencias que acarrea son serias, requiriendo mecanismos de recobro secundarios como la inyección de agua, perdiendo la eficiencia de producción de crudo.

  • Flujo en tuberías :

En industrias como la petroquímica, de transporte de hidrocarburos o de sistemas de transferencia de calor con cambio de fase, es común la presencia de mezclas bifásicas (gas-líquido o líquido-líquido), las cuales han sido estudiadas experimentalmente a nivel de laboratorio. Sin embargo, debido a las altas presiones y temperaturas, la extrapolación a condiciones reales ha sido difícil de alcanzar, pues implica altos costos energéticos y la adquisición de equipos costosos que cumplan con las normas de seguridad. Entonces, la Mecánica de fluidos computacional o CFD resulta una opción viable al posibilitar aproximaciones exitosas de este tipo de fenómeno y permitir la evaluación de las variaciones en las propiedades de los líquidos como viscosidad, tensión superficial, reología, entre otras.

  • Mezclado, Agitación y Dispersión:

Operaciones unitarias tales como la agitación y mezclado se encuentran presente en la mayoría de los procesos industriales y de alimentos, asegurando la calidad de la mezcla y la homogeneidad del producto. Estos procesos están compuestos de sistemas de una sola fase o de varias fases, ya sean en estado líquido, sólido y/o gaseoso. Entonces, esta línea de investigación se centra en el estudio del mezclado en hornos y tanques de agitación para su posterior escalamiento, teniendo en cuenta la dependencia de los resultados al diseño apropiado. A través de CFD, es posible modelar patrones de flujo en busca de un modelo de mezclado eficiente y mejorar el diseño del proceso.

  • Separadores:

En la industria de transporte de hidrocarburos, cuando el fluido llega a las instalaciones de producción en superficie, se encuentra una mezcla bifásica (líquido-gas) que se debe separar. Esto representa un proceso complejo debido a las altas viscosidades y sus variaciones. Entonces, la prioridad es el estudio experimental y en CFD de un Separador cilíndrico ciclónico (GLCC) que separa las fases líquida y gaseosa por medio de la formación de un vórtice dentro del ciclón y la diferencia de densidad de los fluidos. La prioridad es el estudio del efecto de la alta viscosidad y la tensión superficial en el desempeño del ciclón con el fin de mejorar su diseño.

  • Turbinas:

Esta línea de investigación se enfoca en el control de flujo activo en turbinas eólicas. Se lleva a cabo un análisis mediante CFD del flujo alrededor de los alabes y un control de la separación de la capa límite, buscando mejorar la eficiencia del equipo.

Grupo de Investigación


Miembros del grupo, de izquierda a derecha:
  • Andrés Pinilla:
    Asistente Doctoral
  • Nicolás Ratkovich:
    Profesor Asistente
  • Deisy Becerra:
    Asistente de Maestría
  • Juan Valdés:
    Asistente de Maestría
  • Lizzet Vargas:
    Asistente de Maestría

Proyectos

Estudio experimental y computacional de bombas electro-sumergibles (ESP) operando con flujo monofásico (Newtoniano y no Newtoniano) y bifásico líquido-líquido

El objetivo de este proyecto de investigación es estudiar el desempeño de una ESP en términos de la cabeza de la bomba, eficiencia y potencia operando con: emulsiones (agua-aceite) y líquido no newtoniano (CMC) de manera experimental y computacional. Este estudio se desarrolla con el objeto de entender que sucede dentro de la bomba (impeller) y como afecta la operación y el rendimiento de la bomba.

Estudiantes actuales:

  • Deisy Becerra, estudiante de maestría (investigadora principal)
  • Juan Pablo Valdés, estudiante de maestría (investigador principal)
  • Juan Felipe Hernandez, estudiante de pregrado (Semillero 2)
  • Nicolaz Santamaria, estudiante de pregrado (Semillero 3)

Estudiantes antiguos:

  • Alexandra Cediel, estudiante de pregrado
  • Paula Pico, estudiante de maestría
  • Daniel Rozo, estudiante de maestría
  • Andres Torres, estudiante de pregrado

 

 

Estudio computacional de bombas de cavidad progresiva (PCP) operando con flujo monofásico (Newtoniano y no Newtoniano) y bifásico líquido-líquido

El objetivo de este proyecto de investigación es estudiar el desempeño de una PCP en términos de la cabeza de la bomba, eficiencia y potencia operando con: emulsiones (agua-aceite) y líquido no newtoniano (CMC) de manera computacional. Este estudio se desarrolla con el objeto de entender que sucede dentro de la bomba (rotor-estator) y como afecta la operación y el rendimiento de la bomba.

Estudiantes actuales:

Estudio experimental y computacional de Viscous Fingering a nivel de pozo en yacimientos de crudo

El objetivo de este proyecto de investigación es estudiar el fenómeno de Viscous Fingering que ocurre en los yacimientos de petróleo que contienen crudo y agua de manera experimental y computacional. Este estudio se desarrolla con el propósito de profundizar en el entendimiento de este fenómeno en medios porosos y poder establecer si es posible reducir el uso de agua en la explotación de petróleo, especialmente asociado a tuberías de explotación horizontal.

 

Estudiantes actuales:

  • Andrés Pinilla, estudiante de doctorado (Investigador principal)
  • Camila Hurtado, estudiante de pregrado (Monitora de investigación)

Estudiantes antiguos:

Estudio experimental y computacional de separadores ciclones cilíndricos para la separación de líquido y gas 

El objetivo de este proyecto de investigación es estudiar el desempeño de un separador cilíndrico ciclónico (GLCC) operando con: líquidos newtonianos y no newtoniano (CMC) de manera experimental y computacional. Este estudio se desarrolla con el objeto de entender que sucede dentro del GLCC y como los cambios en la viscosidad, densidad y tensión superficial afectan la operación y el rendimiento del GLCC. Este trabajo es en colaboración con Prof. Eduardo Pereyra de la Universidad de Tulsa.

 

Estudiantes actuales:

  • John Díaz, estudiante de pregrado (Proyecto especial)
  • Lizzet Vargas, estudiante de pregrado (Investigadora principal)

Estudiantes antiguos:

Innovación de manejo de residuos del rios Bogotá

El objetivo principal del proyecto es analizar estrategias para la separación y uso de materiales provenientes del Río Bogotá en la zona de estudio (Central menor de generación de Charquito - Km 32 al sur de Bogotá). Lo que se espera con el proyecto es diseñar un prototipo a nivel laboratorio que permita la separación de los materiales recibidos en la zona de estudio. Para esto, será necesaria la construcción del prototipo y realización de pruebas de desempeño de este.

Estudiantes actuales:

  • Danna Marin, estudiante de pregrado (Semillero 2)
  • Valentina Silva, estudiante de pregrado (Monitora de investigación)
  • Lizzet Vargas, estudiante de pregrado (Investigadora principal)
 

 

 

 

Estudio experimental y computacional de flujo tipo slug

El objetivo de este proyecto de investigación es estudiar de manera experimental y computacional, el flujo tipo slug que ocurre en las tuberías que transportan simultáneamente líquido y gas. Este estudio se desarrolla con el propósito de profundizar en el entendimiento de este flujo bifásico considerando las propiedades del líquido (viscosidad, densidad y tensión superficial), si este es un líquido no Newtoniano y cómo éste afecta la formación del slug, afectando con esto la caída de presión en la tubería y produciendo un aumento de energía en el trasporte de los fluidos.

Estudiantes actuales:

Estudiantes:

 

 

Control de flujo activo en turbinas eólicas de eje horizontal

Las técnicas de control de flujo activo, como chorros sintéticos y pulsantes, han sido ampliamente usadas en la industria aeronáutica con el objetivo de mejorar el rendimiento y maniobrabilidad de las aeronaves controlando el comportamiento del flujo sobre el ala. Recientemente, estas mismas técnicas han empezado a usarse en turbinas eólicas de eje vertical y se ha estudiado muy poco sobre su viabilidad técnica en turbinas eólicas de eje horizontal. La complejidad de este estudio yace en la naturaleza compresible del flujo del chorro sintético que debe interactuar en un dominio de naturaleza incompresible lo que implica un desarrollo de nuevas condiciones de fronteras o modelos numéricas que se adapten y capturen el fenómeno físico involucrado en dicha interacción y de esta forma se pueda predecir y controlar el punto de separación de flujo con el objetivo de mejorar el rendimiento de la turbina. Este trabajo es en colaboración con Prof. Omar López del departamento de Ingeniería Mecánica.
 

Estudiantes actuales:

  • Andrea Matiz, estudiante de doctorado (Investigadora principal)

 

Flujo de bajo nivel de líquido (Gas de esquisto)

El flujo con bajo nivel de líquido ocurre muy comúnmente en muchas industrias como: la industria química, la nuclear, y la petrolera. Cualquier cantidad de líquido puede tener importantes efectos en las condiciones de flujo y su aseguramiento, como por ejemplo un aumento significativo en la caída de presión a lo largo de la tubería. Por ello, este estudio se centra en el análisis computacional de este tipo de flujo, y el efecto que la velocidad del gas, la carga de líquido, la inclinación de la tubería y la presión de operación puede tener sobre las condiciones de flujo. Este trabajo es en colaboración con Prof. Eduardo Pereyra de la Universidad de Tulsa.

Estudiantes Antiguos:

 

Estudio experimental y computacional de proceso de secado

El objetivo de este proyecto de investigación es estudiar el secado de frutas en un horno tipo batch de manera experimental y computacional. Este estudio se desarrolla con el propósito de entender el fenómeno de evaporación en alimentos (cambio de fase) en un horno tipo batch y estudiar la distribución de las corrientes de aire caliente y la eficiencia térmica de dichos hornos. Este trabajo es en colaboración con Prof. Juan Carlos Gómez de la Universidad del Valle.
 
Estudiantes Antiguos:
 
  •  Miguel Daza, estudiante de maestría (Investigador principal)
Proyectos

Artículos Destacados

Durante el período de vinculación en Uniandes (2013-10 - 2019-10) se han publicado 17 artículos en revistas internacionales indexadas (Figura 2). El 82% de estas publicaciones son producto de trabajos de investigación con estudiantes de pregrado y de maestría del departamento de IQUI.

Figura 2. Revistas donde he realizado publicaciones

 

Más información

Linkedin:                   https://co.linkedin.com/in/nicolasratkovich
Scopus:                        https://goo.gl/Arbf7U
ORCID:                        https://orcid.org/0000-0003-2094-3420

 

Grupo de Diseño de Productos y Procesos (GDPP)
Departamento de Ingeniería Química - Universidad de los Andes
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