Estudio de la separación de fases del gas natural a alta presión usando dinámica de fluidos computacional (CFD) (2019)
Separar las fases del gas natural a alta presión es un proceso complejo, debido que, a medida que la presión de operación aumenta la diferencia de densidades entre las fases disminuye, igual que la tensión superficial, haciendo que las gotas que se formen sean de menor tamaño y fácilmente arrastrables por la fase gaseosa, lo cual dificulta o imposibilita la separación. En esta tesis se realizó el análisis de la teoría de asentamiento de gota, teoría del tiempo de retención y fuerza centrífuga, aplicado a equipos industriales de separación gravitacional y ciclónica. Todas las simulaciones numéricas con CFD fueron validadas con datos experimentales provenientes de la literatura especializada. Fue realizada inicialmente una caracterización termodinámica y molecular del gas natural: en la primera se obtuvo que, a bajas presiones las ecuaciones cúbicas de estado son adecuadas para representar el comportamiento de los fluidos, sin embargo, a medida que la presión de operación aumenta, la ecuación cúbica de Peng-Robinson se aleja del comportamiento real, siendo necesario migrar a una ecuación específica denominada GERG2008. Y en la segunda, fue realizado el cálculo de supersaturación, nucleación homogénea y crecimiento de gota (7 MPa y 260 K), obteniendo un diámetro final en el equilibrio de 4,18 micrómetros. El enfoque Lagrangiano utilizado en las simulaciones numéricas del eliminador de niebla tipo vane pack mostraron, que es necesario adicionar un modelo de formación de película líquida en las paredes del dispositivo a fin de acercarse al comportamiento real del proceso. Los resultados de los equipos de separación utilizando modelos multifase y técnicas de CFD mostraron que, con los equipos actualmente instalados en los campos menores colombianos, no es posible realizar la separación de las fases del gas natural a alta presión (7 MPa). Se recomienda separar a presiones moderadas (3–5 MPa).