Modelo para la predicción cuantitativa del tamaño de gota en los dispositivos de separación gas-líquido para condiciones de alta presión

Abstract

Este estudio propone un modelo de simulación por computador para predecir el tamaño de gota formado en proceso de condensación de gas natural a condiciones de transporte (10 a 40 bar). Dicho modelo incluye dos etapas para el cálculo del tamaño de gota: la nucleación homogénea, que es evaluada combinando el algoritmo de sesgo configuracional por Monte Carlo y la técnica de muestreo sombrilla para mezclas de alcanos lineales: metano, etano, propano, butano, pentano, hexanos y nonano, obteniendo como resultado, el tamaño de núcleo de gota. Adicionalmente para el estudio del comportamiento intramolecular de alcanos en la nucleación, se utilizó el modelo de Átomo Unido para potencial transferible en equilibrios de fases (TraPPE-UA). La segunda etapa es el crecimiento de gota que fue evaluada utilizando el modelo de crecimiento de Young para números de Knudsen menor a 0,1 y obteniendo como resultado final el tamaño de gota a partir del crecimiento del núcleo. Los resultados obtenidos en las simulaciones de cada etapa fueron comparados con experimentales de estudios evidenciados en la literatura. En el caso de nucleación, se evidenció sobrestimación en la velocidad de nucleación de tres órdenes de magnitud comparado con experimentales, resultado que se considera aceptable teniendo en cuenta que otros modelos han reportado entre 2 y 8 órdenes de magnitud. En la etapa de crecimiento de gota se evidenció sobrestimación del diámetro de gota final con respecto al experimental de 1,2 µm el cual se considera aceptable teniendo en cuenta que en otros métodos revisados se pueden obtener sobrestimaciones entre 2 y 12 µm. Adicionalmente, se evaluó numéricamente el impacto de las sobrestimaciones de tamaño de gota c en la eficiencia de un proceso típico en la industria para separación de gas y condensado, en la que se confirmó la importancia de la estimación adecuada.