Estudio de la separación de fases del gas natural a alta presión usando dinámica de fluidos computacional (cfd)

dc.contributor.advisorChaves Guerrero, Arlex
dc.contributor.advisorGarcía Sánchez, Carlos Eduardo
dc.contributor.authorPrieto Jiménez, Natalia
dc.date.accessioned2023-04-05T11:21:31Z
dc.date.available2023
dc.date.available2023-04-05T11:21:31Z
dc.date.created2019
dc.date.issued2019
dc.description.abstractSeparar 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).
dc.description.abstractenglishSeparating the phases of the natural gas at high pressure is a complex process, because, as the operating pressure increases the difference in densities between the phases decreases, as does the surface tension, causing the droplets that form to be smaller size and easily entrainment by the gas phase, which makes separation difficult or impossible. In this thesis the analysis of the settling theory, holdup theory and centrifugal force, applied to industrial equipment of gravitational and cyclonic separation was performed. All the numerical simulations with CFD were validated with experimental data from specialized literature. Initially, a thermodynamic and molecular characterization of natural gas was performed. In the first one it was obtained that, at low pressures, the cubic state equations are adequate to represent the behavior of the fluids, however, as the operating pressure increases, the Peng-Robinson cubic equation moves away from the real behavior, being necessary to migrate to a specific equation called GERG2008. In the second, the calculation of supersaturation, homogeneous nucleation and droplet growth (7 MPa and 260 K) was performed, obtaining a final diameter in the equilibrium of 4.18 micrometers. The Lagrangian approach used in the numerical simulations of the vane pack mist eliminator showed that it is necessary to add a liquid film formation model on the device walls in order to get closer to the actual behavior of the process. The results of the separation equipment using multiphase models and CFD techniques showed that, with the equipment currently installed in the Colombian minor fields, it is not possible to separate the phases of the natural gas at high pressure (7 MPa). It is recommended to separate at moderate pressures (3–5 MPa).
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería Química
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/12768
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingenierías Fisicoquímicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectGas Natural
dc.subjectSeparación Gas-Líquido
dc.subjectDinámica De Fluidos Computacional
dc.subjectModelos Multifase
dc.subjectNucleación Homogénea
dc.subjectEliminador De Niebla
dc.subjectVane Pack
dc.subjectWire Mesh
dc.subjectSeparador Gravitacional Vertical
dc.subjectSeparador Tipo Ciclón Cilíndrico.
dc.subject.keywordNatural Gas
dc.subject.keywordGas-Liquid Separation
dc.subject.keywordComputational Fluid Dynamics
dc.subject.keywordMultiphase Models
dc.subject.keywordHomogeneous Nucleation
dc.subject.keywordDemister
dc.subject.keywordVane Pack
dc.subject.keywordWire Mesh
dc.subject.keywordVertical Gravitational Separator
dc.subject.keywordCylindrical Cyclone Separator.
dc.titleEstudio de la separación de fases del gas natural a alta presión usando dinámica de fluidos computacional (cfd)
dc.title.englishStudy of the natural gas phases separation at high pressure using computational fluid dynamics (cfd) *
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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