Estudio de las características de flujo en un separador trifásico de una facilidad colombiana utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD)

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dc.contributor.advisorGonzález Silva, Germán
dc.contributor.advisorPrieto Jiménez, Natalia
dc.contributor.authorLeón Vega, Jhon Edison
dc.contributor.evaluatorGarcía Navas, Edison Odilio
dc.date.accessioned2024-05-27T13:05:22Z
dc.date.available2024-05-27T13:05:22Z
dc.date.created2024-05-26
dc.date.issued2024-05-26
dc.description.abstractEl comportamiento de flujo multifásico en un separador primario horizontal fue estudiado empleando análisis en dinámica de fluidos computacional (CFD) para determinar oportunidades potenciales de mejora que promuevan la eficiencia de separación de gas, crudo pesado y agua. El separador trifásico analizado es una facilidad de superficie de un campo colombiano. Un modelo numérico tridimensional a escala completa fue desarrollado abordando un enfoque de modelamiento Euleriano-Lagrangiana (VOF-DPM). Simplificaciones utilizando modelos de medio poroso fueron realizadas para representar conservativamente el flujo de fases a través del bafle perforado y eliminador de niebla; los coeficientes de resistencia inercial y viscosa se estimaron ajustando los perfiles de caída de presión a ecuaciones de tipo Hazen-Dupuit-Darcy. Los resultados de simulación CFD revelan como etapa de diagnóstico que el separador presenta problemas de desempeño asociadas principalmente con el dispositivo de entrada tipo aletas en la separación primaria gas/líquido, lo cual afecta la calidad de la distribución de flujo derivando en canalización del gas por encima de la interfase gas/crudo. Lo anterior genera zonas muertas o subutilizadas en el primer tercio longitudinal del separador (alrededor de 13,12 ft). Asimismo, se identifica que en el eliminador de niebla no se establece un perfil de velocidad de gas uniforme, debido a la instalación de la almohadilla respecto a la boquilla de salida por debajo del espaciamiento mínimo requerido. Las estadísticas del análisis de fase discreta (DPM) para el rastreo de gotas de crudo y agua usando el método de distribución de tamaño de partícula de Rosin-Rammler, predicen tiempos de residencia efectivos promedio de 6,3 minutos para el crudo y 9,3 minutos para el agua, equivalente a porcentajes de utilización del separador de 63,3% y 93,3%, respectivamente. Lo que indica la existencia de márgenes para incrementar el tiempo de residencia y promover los fenómenos de coalescencia de gotas dispersas.
dc.description.abstractenglishThe behavior of multiphase flow in a horizontal primary separator was studied using computational fluid dynamics (CFD) analysis to determine potential improvement opportunities that enhance the efficiency of gas, heavy crude, and water separation. The analyzed three-phase separator is a surface facility of a Colombian field. A full-scale three-dimensional numerical model was developed using an Eulerian-Lagrangian modeling approach (VOF-DPM). Simplifications using porous media models were made to conservatively represent the flow of phases through the perforated baffle and mist eliminator; the coefficients of inertial and viscous resistance were estimated by fitting the pressure drop profiles to Hazen-Dupuit-Darcy type equations. The CFD simulation results revealed during the diagnostic stage that the separator presents performance issues mainly associated with the inlet device type multi vane in the gas/liquid primary separation, which affects the quality of the flow distribution leading to gas channeling above the gas/oil interface. This results in dead zones or underutilized areas in the first longitudinal third of the separator (around 13.12 ft). Likewise, it is identified that in the mist eliminator, a uniform gas velocity profile is not established, due to the installation of the pad with respect to the gas outlet nozzle below the minimum required spacing. Discrete phase analysis (DPM) statistics for tracking crude and water droplets using the Rosin-Rammler particle size distribution method predict average effective residence times of 6.3 minutes for crude and 9.3 minutes for water, equivalent to separator utilization percentages of 63.3% and 93.3%, respectively. This indicates the existence of margins to increase residence time and promote the coalescence of dispersed droplets.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/EnRecursoHumano/query.do
dc.description.degreelevelEspecialización
dc.description.degreenameEspecialista en Ingeniería del Gas
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/20.500.14071/42633
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programEspecialización en Ingeniería del Gas
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería de Petróleos
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.licenseAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectSeparador trifásico
dc.subjectFlujo multifásico
dc.subjectDinámica de fluidos computacional
dc.subjectSimulación CFD 3D
dc.subjectPerfiles de flujo
dc.subjectModelos de medio poroso
dc.subject.keywordThree-phase separator
dc.subject.keywordMultiphase flow
dc.subject.keywordComputational Fluid Dynamics
dc.subject.keyword3D CFD simulation
dc.subject.keywordFlow profiles
dc.subject.keywordPorous media models
dc.titleEstudio de las características de flujo en un separador trifásico de una facilidad colombiana utilizando dinámica de fluidos computacional (CFD)
dc.title.englishStudy of Flow Characteristics in a Colombian Three-Phase Separator Facility Using Computational Fluid Dynamics (CFD)
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Especialización
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