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 2. GENERALIDADES 2.1. Gas Natural El gas natural es una mezcla de hidrocarbu- ros livianos en estado gaseoso (ver Tabla 1) constituido principalmente por metano, y en menores proporciones por etano, propano y otros hidrocarburos más pesados. Contiene además algunas impurezas tales como nitrógeno, dióxi- do de carbono, ácido sulfhídrico, vapor de agua entre otros, los cuales pueden generar proble- mas en el transporte del energético, por lo cual deben ser retirados del mismo [1]. 2.2. Procesamiento del Gas Natural Uno de los principales procesos a los que debe someterse el gas natural es la separación de componentes como etano, propano y butano a partir de una mezcla de hidrocarburos gaseosos extraídos en un campo petrolero. Como resulta- do de este proceso se pueden obtener principal- mente tres productos: Gas Residual o Pobre: Se reere a gas com- puesto por metano principalmente, aunque pueden existir contenidos apreciables de etano. Este posee un poder caloríco de alrededor de 100 BTU/ft 3  si el contenido de sustancias no-hidrocarburos es mínimo. Gases Licuados del Petróleo (GLP): Gas compuesto principalmente por propano (C 3 ) y butano (C 4 ), el cual se considera puro; puede contener otros hidrocarburos livianos. Líquidos del Gas Natural (NGL): Compues- to por hidrocarburos líquidos, a partir del        C         i       e       n       c         i       a Separadores Gas - Líquido supersónicos. Simulación CFD, aplicación en la Industria del Gas Natural en Colombia. P35 La ciencia no es sino una perver- sión de si misma, a menos que tenga como objetivo fnal, el mejo - ramiento de la humanidad. Nicola Tesla, Inventor Austrohungaro. La actividad cientíca está orienta - da a satisfacer la curiosidad, y a re - solver las dudas, acerca de cuáles son y cómo están organizadas las leyes de la naturaleza. Seguros de que la comunidad cien - ca nacional e internacional, utili - zará la Revista MET&FLU como un medio para compartir los hallazgos de alta relevancia, cada semestre nuestros lectores encontrarán un tema de su agrado que facilitará la transferencia del conocimiento al ritmo que nuestra sociedad, nos lo exige. P34 1. INTRODUCCIÓN La ciencia, la tecnología y la innovación son aspectos que se deben tener en cuenta para alcanzar nuevos desarrollos en la industria del Gas Natural en Colombia; este pensamiento per- mite identicar alternativas que ofrecen bene- cios en calidad, economía, utilidad entre otros. En los diversos procesos realizados en la produc- ción, transporte, distribución y uso nal del Gas Natural se debe tener en cuenta que mejorar la calidad de la composición química del gas no sólo está reglamentado, sino que se puede obte- ner un benecio de ello. Uno de los principales procesos realizados al Gas Natural es la separa- ción de condensado para mejorar y optimizar su transporte y distribución. Si se estudia y se mejo- ra este proceso, se puede realizar la separación de los componentes C3+ del Gas Natural mejo- rando la calidad y además permitiendo obtener otros benecios de los componentes separados al comercializarlos de manera independiente, como es el caso del Gas Licuado del Petróleo, más conocido en Colombia como GLP. Una técnica reciente que puede ser aplicada para buscar las mejoras necesarias, es la sepa- ración por medio de la generación de swirl en ujos supersónicos, adelanto tecnológico que permite aprovechar la condensación forzada de los componentes pesados para poder separarlos con facilidad, determinando su ubicación en el ujo. Para facilitar el estudio se realizó el aná- lisis del ujo por medio de una herramienta CFD que permite simular diferentes situaciones y alternativas de forma rápida y precisa encon- trando los parámetros de diseño requeridos para obtener un proceso óptimo. El uso de herramien- tas de simulación permite realizar estudios de alto nivel en tiempos reducidos y con resultados muy aceptables que disminuyen notablemente los recursos que se deben invertir en el estudio de fenómenos y en desarrollo de prototipos. Tabla 1. Componentes del Gas Natural [1] COMPUESTO CONCENTRACIONES Mínima (% mol) Máxima (% mol) Metano Etano Propano i-Butano n-Butano i-Pentano n-Pentano Hexano+ CO2 O2 74,0 0,25 0,02 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 98,0 12,5 5,4 1,5 1,5 0,6 0,4 0,4 5,5 0,5 El gas natural puedecontener trazas desulfuro dehidrogeno y vapor deagua. Estos son valores típicos.El valor real dependedela fuente desuministro  ABREVIAT URAS V Velocidad del uido. c Velocidad del sonido.  A Área transversal. P Presión.  ρ Densidad.  M Número de Mach. T Temperatura. Resumen: Se realiza el estudio del comportamiento del ujo en el interior de separado - res que usan el principio de generación de swirl 1 en un ujo supersónico, por medio de una herramienta CFD (Computational Fluid Dynamics) que permita analizar los fenómenos físicos para determinar que las características que este genera en la corriente del gas, sean las adecuadas para su aplicación en la industria del Gas Natural en Colombia y poder obtener benefcios en la calidad y comercialización del producto.  1 Swirl: en forma de remolino. Separadores Gas - Lí quido Supersónicos Simulación CFD, aplicación en la Industria del Gas Natural  en Colombia. Rene Gamboa Jaimes ([email protected])  Jesús David Badillo Herrera ([email protected]) Corporación CDT de GAS

Separadores Gas Liquido

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  • 2. GENERALIDADES

    2.1. Gas Natural

    El gas natural es una mezcla de hidrocarbu-ros livianos en estado gaseoso (ver Tabla 1) constituido principalmente por metano, y en menores proporciones por etano, propano y otros hidrocarburos ms pesados. Contiene adems algunas impurezas tales como nitrgeno, dixi-do de carbono, cido sulfhdrico, vapor de agua entre otros, los cuales pueden generar proble-mas en el transporte del energtico, por lo cual deben ser retirados del mismo [1].

    2.2. Procesamiento del Gas Natural

    Uno de los principales procesos a los que debe someterse el gas natural es la separacin de componentes como etano, propano y butano a partir de una mezcla de hidrocarburos gaseosos extrados en un campo petrolero. Como resulta-do de este proceso se pueden obtener principal-mente tres productos:

    Gas Residual o Pobre: Se refiere a gas com-puesto por metano principalmente, aunque pueden existir contenidos apreciables de etano. Este posee un poder calorfico de alrededor de 100 BTU/ft3 si el contenido de sustancias no-hidrocarburos es mnimo.

    Gases Licuados del Petrleo (GLP): Gas compuesto principalmente por propano (C3) y butano (C4), el cual se considera puro; puede contener otros hidrocarburos livianos.

    Lquidos del Gas Natural (NGL): Compues-to por hidrocarburos lquidos, a partir del

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    Separadores Gas - Lquido supersnicos. Simulacin CFD,aplicacin en la Industria del Gas Natural en Colombia.

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    La ciencia no es sino una perver-sin de si misma, a menos que tenga como objetivo final, el mejo-ramiento de la humanidad. Nicola Tesla, Inventor Austrohungaro.

    La actividad cientfica est orienta-da a satisfacer la curiosidad, y a re-solver las dudas, acerca de cules son y cmo estn organizadas las leyes de la naturaleza.

    Seguros de que la comunidad cien-tfica nacional e internacional, utili-zar la Revista MET&FLU como un medio para compartir los hallazgos de alta relevancia, cada semestre nuestros lectores encontrarn un tema de su agrado que facilitar la transferencia del conocimiento al ritmo que nuestra sociedad, nos lo exige.

    P34

    1. INTRODUCCIN

    La ciencia, la tecnologa y la innovacin son aspectos que se deben tener en cuenta para alcanzar nuevos desarrollos en la industria del Gas Natural en Colombia; este pensamiento per-mite identificar alternativas que ofrecen benefi-cios en calidad, economa, utilidad entre otros.

    En los diversos procesos realizados en la produc-cin, transporte, distribucin y uso final del Gas Natural se debe tener en cuenta que mejorar la calidad de la composicin qumica del gas no slo est reglamentado, sino que se puede obte-ner un beneficio de ello. Uno de los principales procesos realizados al Gas Natural es la separa-cin de condensado para mejorar y optimizar su transporte y distribucin. Si se estudia y se mejo-ra este proceso, se puede realizar la separacin de los componentes C3+ del Gas Natural mejo-rando la calidad y adems permitiendo obtener otros beneficios de los componentes separados al comercializarlos de manera independiente, como es el caso del Gas Licuado del Petrleo, ms conocido en Colombia como GLP.

    Una tcnica reciente que puede ser aplicada para buscar las mejoras necesarias, es la sepa-racin por medio de la generacin de swirl en flujos supersnicos, adelanto tecnolgico que permite aprovechar la condensacin forzada de los componentes pesados para poder separarlos con facilidad, determinando su ubicacin en el flujo. Para facilitar el estudio se realiz el an-lisis del flujo por medio de una herramienta CFD que permite simular diferentes situaciones y alternativas de forma rpida y precisa encon-trando los parmetros de diseo requeridos para obtener un proceso ptimo. El uso de herramien-tas de simulacin permite realizar estudios de alto nivel en tiempos reducidos y con resultados muy aceptables que disminuyen notablemente los recursos que se deben invertir en el estudio de fenmenos y en desarrollo de prototipos.

    Tabla 1. Componentes del Gas Natural [1]

    COMPUESTO CONCENTRACIONESMnima (% mol) Mxima (% mol)

    MetanoEtano

    Propanoi-Butanon-Butanoi-Pentanon-PentanoHexano+

    CO2O2

    74,00,250,020,00,00,00,00,00,00,0

    98,012,55,41,51,50,60,40,45,50,5

    El gas natural puede contener trazas de sulfuro de hidrogeno y vapor de agua. Estos son valores tpicos. El valor real depende de la fuente de suministro

    ABREVIATURAS

    V Velocidad del fluido.c Velocidad del sonido.A rea transversal.P Presin. Densidad.M Nmero de Mach.T Temperatura.

    Resumen:

    Serealizaelestudiodelcomportamientodelflujoenelinteriordeseparado-res que usan el principio de generacin de swirl1 enunflujosupersnico,pormedio de una herramienta CFD (Computational Fluid Dynamics) que permita analizar los fenmenos fsicos para determinar que las caractersticas que estegeneraenlacorrientedelgas,seanlasadecuadasparasuaplicacinenlaindustriadelGasNaturalenColombiaypoderobtenerbeneficiosenlacalidad y comercializacin del producto. 1Swirl: en forma de remolino.

    Separadores Gas - Lquido Supersnicos

    Simulacin CFD, aplicacin en la Industria del Gas Natural en Colombia.

    Rene Gamboa Jaimes ([email protected])Jess David Badillo Herrera ([email protected])

    Corporacin CDT de GAS

  • A partir de esta relacin puede describirse la variacin de la presin en funcin del rea de flujo.

    Si se tiene en cuenta que , A y V son variables mayores que cero, se puede inferir lo siguiente:

    En flujos subsnicos M es menor que 1, por lo que el trmino 1- M2 es mayor que cero, lo cual indica que los cambios en el rea y la presin sern tambin mayores a

    cero (dA/dp > 0), por tanto, cuando el rea aumenta la presin tambin aumenta. Esta es la razn por la cual el flujo subsnico disminuye la presin a travs de un conduc-to convergente, cuando el rea disminuye, tal como sucede en toberas subsnicas) y aumenta en conductos divergentes como difusores subsnico. En flujos supersnicos M es mayor que 1, por tanto el termino 1- M2 es menor que cero, por lo que (dA/dp) < 0. Esto implica que la presin del fluido debe disminuir cuando el rea aumenta y viceversa. Por lo tanto a velocidades supersnicas, la presin dismi-nuye en ductos divergentes (toberas super-snicas) y aumenta en ductos convergentes (difusor supersnico).

    Otra expresin importante se obtiene si en la ecuacin de conservacin de la masa se sustitu-ye el trmino V por (dP/dV):

    De donde podemos deducir que para las caracte-rsticas del flujo tenemos:

    Para el subsnico (M0.

    En la Fig. 2 se presenta, en forma esquemtica, las variaciones en las propiedades de un fluido en relacin al rea de flujo para los casos subs-nico y supersnico.

    El diseo de la geometra interna de una tobera depende entonces de la velocidad mxima del fluido en relacin con la velocidad del sonido. Para acelerar un fluido es necesario utilizar una tobera convergente a velocidades subsnicas y una tobera divergente a velocidades supersni-cas.

    Por otro lado, con una tobera convergente la velocidad ms alta que se puede conseguir es la snica (M = 1), y esta se obtendr en la gargan-ta bajo las mismas condiciones de temperatura y presin. Aumentando la longitud de la boqui-lla, no se consigue acelerar la velocidad snica

    Flujo incompresible: La velocidad del fluido es pequea en comparacin con la veloci-dad del sonido. Los cambios en c, debido a cambios de presin y/o temperatura, son pequeos comparados con los cambios en V.

    Flujo compresible subsnico: La velocidad del fluido, aunque menor, es comparable a la velocidad del sonido. Los cambios en el nmero de Mach ocurren principalmente por el cambio en V.

    Flujo transnico: La diferencia entre V y c es pequea comparada con cualquiera de estas dos variables.

    Flujo supersnico: La velocidad del fluido es mayor que la velocidad del sonido. Los cambios en el nmero de Mach se presentan a travs de grandes variaciones tanto en V como en c.

    Flujo hipersnico: La velocidad del fluido es muy grande comparada con la velocidad del sonido. Los cambios en V son muy pequeos comparados con los cambios en c, y la varia-cin del nmero de Mach es exclusivamente dependiente de los cambios en c.

    2.4. Efectosdelavariacindelreaenelflujo

    Para desarrollar las ecuaciones que expresan las variaciones de las propiedades del fluido, se relacionar el nmero de Mach, la presin, la temperatura y la densidad con la velocidad y el rea de flujo suponiendo flujo isentrpico y unidimensional.[3]

    Al diferenciar y combinar las ecuaciones de conservacin de la masa y conservacin de la ener-ga mecnica se obtiene la siguiente expresin:

    pentano, extrados de la refinacin del gas natural; es tambin conocida como gasoli-na natural.

    Cuando del proceso de separacin de gas natural se obtienen altos grados de pureza para C2, C3, y C4 se le conoce como fraccionamiento. Los hidrocarburos pesados son separados por varias razones:

    Por requerimientos para carga en la refi-nera o planta petroqumica de materiales como etano, propano y butano.

    Por presentar un mayor valor agregado como productos de mercado independientes.

    Para el cumplimiento de las normatividades referentes a la calidad del gas, que

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    ESPECIFICACIONES SISTEMAINTERNACIONAL

    SISTEMAINGLES

    Mximo poder calorco bruto (GHV)

    Mnimo poder calorco bruto (GHV)

    Punto de Roco de Hidrocarburos

    Contenido total de H2S mximo

    Contenido total de azufre mximo

    Contenido CO2, mximo en % volumen

    Contenido de N2, mximo en % volumen

    Contenido de inertes mximo en % volumen

    Contenido de oxgeno mximo en % volumen

    Contenido de agua mximo

    Temperatura de entrega mximo

    Temperatura de entrega mnimo

    Contenido mximo de polvos y material en suspensin

    42,8 MJ/m3

    35,4 MJ/m3

    7,2 C

    6 mg/m3

    23 mg/m3

    2%

    3%

    5%

    0,1%

    97 mg/m3

    49 C

    4,5 C

    1,6 mg/m

    1150 BTU/ft3

    950 BTU/ft3

    45 F

    0,25 grano/100PCS

    1,0 grano/100PCS

    2%

    3%

    5%

    0,1%

    6,0 Lb/MPCS

    120F

    40 F

    0,7 grano/1000 pc

    Tabla 2. Especificaciones para el transporte del Gas Natural [2]

    determinan lmites adecuados para el trans-porte y consumo (garantizar combustiones eficientes en hornos, calderas e inclusive en gasodomsticos).

    En Colombia, los lineamientos de calidad, transporte y la distribucin del gas natural son dictaminados por la Comisin de Regulacin de Energa y Gas (CREG) por medio del Registro ni-co de Transporte-RUT [2].

    2.3. Clasificacindeflujos

    De acuerdo a la relacin que existe entre la velo-cidad del fluido V y la velocidad del sonido en el mismo fluido c, relacin conocida como nmero Mach2 , es posible subdividir el flujo en diferentes categoras tal como se muestra a continuacin:[3]

    2 Numero Mach c

    VM =

    Fig. 1 Elipse del flujo estable y adiabtico. Fuente: El Autor

    22 1 MVdP

    AdA

    21 MVdV

    AdA

    22 1 MVdP

    AdA

    21 MVdV

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    Separadores Gas - Lquido supersnicos. Simulacin CFD,aplicacin en la Industria del Gas Natural en Colombia.

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    del flujo y la mxima velocidad seguir siendo la correspondiente al nmero de Mach (M = 1) como se observa en la Fig. 3.

    2.5. FlujoSwirl

    Curvas, codos, vlvulas, etc., pueden producir una perturbacin en el flujo, conocida como rotacin, conforme se ilustra esquemticamente en las Fig. 4 y Fig. 5 [4].

    Fig. 2 Cambios de propiedades en funcin del rea.Fuente: El Autor

    Fig. 3 Velocidades en una tobera convergente.Fuente: El Autor

    El flujo de un fluido a travs de una curva ori-gina un movimiento de rotacin (A) en el flujo interno de la tubera recta aguas abajo de la curva, superponindose al desplazamien-to (B) del fluido que se mueve hacia delante. Esta superposicin resulta en un patrn de flujo compuesto (C) como se ilustra en la Fig. 5.

    3. ESTUDIO DE FLUJO EN SEPARADORES SUPERSNICOS

    Esta tecnologa es ampliamente utilizada actual-mente a nivel mundial para condensar y separar vapor de agua e hidrocarburos pesados de las corrientes de gas natural. Este sistema no presenta partes mviles, lo cual asegura alta eficiencia y dispo-nibilidad. La velocidad supers-nica se alcanza en cortos tiem-pos de residencia de la mezcla gas-lquido, evitando as la forma-cin de hidratos. Adicionalmente no necesita de compuestos qumicos o sistemas de regeneracin asocia-dos para su funcionamiento, por tanto este sistema es econmico y amigable con el medio ambiente.

    El comportamiento termodinmi-co de este dispositivo es similar al de un turboex-pander, combinando los procesos de expansin, separacin ciclnica gas-lquido y re-compresin en un mismo equipo; sin embargo, un turboex-pander convierte la cada de presin en energa, mientras que el separador supersnico alcanza una cada de temperatura transformando la pre-sin en energa cintica.

    En el separador, el gas es inducido a un giro por medio de labes estticos; este giro concntri-co debe ser superior a las 500,000 gravedades. Posteriormente el gas es expandido a velocida-des supersnicas, generando cadas de tempe-ratura y presin que ocasionan la condensacin de hidrocarburos. Debido al giro del gas, las gotas son centrifugadas, por lo que esta fase se

    Fig. 4 Rotacin inducida por una curva en la tubera.

    Fig. 5 Combinacin de efectos de rotacin y desplazamiento.

    ubica en la pared del separador y es extrada de la mezcla gaseosa por medio de un separador ciclnico coaxial. Por ltimo, el gas seco pasa a travs del difusor donde se recupera 8085% de la presin original si la presin de entrada es suficientemente alta.

    3.1. Diseo asistido por computador CAD

    El diseo del dominio del fluido en el software CAD permite represen-tar de forma exacta la geometra interna del separador en el que se realizar el estudio del flujo. Esto permitir visualizar las propiedades termodinmicas y los fenmenos de transporte que se puedan presentar en el interior del separador.

    En la Fig. 6, se presenta el slido de un separa-dor supersnico donde la generacin del swirl se realiza antes de acelerar el flujo.

    En este trabajo slo se simula el flujo hasta la zona donde este es separado, y no se detalla la salida del gas ni de los condensados del sistema.Para el desarrollo de la simulacin es necesario realizar antes el enmallado del slido, lo cual permite la discretizacin del sistema y posterior solucin de las ecuaciones por medio de tcnicas de simulacin CFD (ver Fig. 7, 8 y 9).

    Al realizar el enmallado se debe seleccionar la distribucin correcta del sistema, con el fin de hacer un buen balance entre precisin de los resultados y tiempo de clculo de la simulacin.

    Fig. 6 Separador supersnico con generador de swirl.Fuente: El Autor

    Fig. 7 Ejemplo de malla para separador supersnico.Fuente: El Autor

    El comportamiento termodinmico de este dispositivo es

    similar al de un tur-boexpander, combi-

    nando los procesos de expansin, separacin ciclnica gas-lquido y re-compresin en un

    mismo equipo

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    3.2. Anlisis CFD

    CFD (Computational Fluid Dynamics) es una rama de la mecnica de fluidos encargada de analizar el comportamiento termodinmico y fenomeno-lgico de los fluidos bajo ciertas condiciones de operacin en un equipo determinado. El anlisis en el software CFD requiere tener muy claras las condiciones lmites del separador con el fin de obtener resultados acordes con la realidad.

    El dominio del fluido ser limitado al espacio del slido generado en el CAD. Las propiedades termodinmicas de cada uno de los componentes del gas natural se definirn por medio del mode-lo termodinmico de Redlich y Kwong [5].

    Las condiciones consideradas inicialmente para el estudio fueron presin, temperatura y compo-sicin de entrada del gas al separador. Se identi-ficaron cules son los parmetros de diseo que permiten obtener unas condiciones de salida adecuadas.

    Las condiciones de entrada del separador fueron modificadas por medio de la redefinicin de los parmetros y la variacin de la geometra. Algunos de las modificaciones fueron: el ngu-lo de los alabes de generacin de swirl, la re-lacin de reas que permite la aceleracin del flujo a un rgimen supersnico y la distancia que presenta la zona de separacin para permitir que el flujo se estabilice. Estas variaciones per-mitieron definir los parmetros de mayor inci-dencia en la eficiencia del sistema de separa-cin supersnica.

    Fig. 8 Detalle de malla en el generador de swirl. Vista AFuente: El Autor

    Fig. 9 Detalle de malla en el generador de swirl. Vista BFuente: El Autor

    Fig. 10 Lneas de flujo en el separador con generador de swirl.

    Fig. 12 Temperatura en el separador congenerador de swirl.

    Fig. 14 Fraccin volumtrica de Metano en el separador con generador de swirl.

    4. RESULTADOS

    Los estudios realizados en software CFD permi-tieron analizar el comportamiento del flujo den-tro de los separadores diseados. En la Fig. 10 se pueden apreciar las lneas de flujo, las cuales evidencian la formacin del flujo swirl.

    En la Fig.11 se puede determinar el rango mxi-mo de nmero de Mach entre 1,2 y 1,5 (rojo). Los resultados anteriores se validan revisando las frmulas que usa el software CFD para reali-zar el clculo de la velocidad del sonido confron-tndola con la norma correspondiente[6].

    4.2. Condensacin

    La condensacin en el interior del separador es uno de los fenmenos que se generan y permi-ten la separacin de diferentes componentes del gas natural; esta se presenta por ayuda del rgimen supersnico el cual genera cadas en la temperatura y en la presin del fluido generando condiciones adecuadas para que los hidrocarbu-ros pesados pasen a fase liquida. En la Fig. 12 se puede apreciar las temperaturas presentes en el interior de cada uno de los tipos de separador supersnico obteniendo variaciones de tempera-tura entre los -40C (azul) y los 20C (rojo). Este cambio de temperatura asegura la condensacin de los componentes a separar en la corriente de gas natural.

    La cada de presin del flujo en el separador puede llegar a los 60 bar, teniendo una presin de entrada del flujo de 100 bar.

    Los intervalos de velocidades representados se encuentran entre los siguientes valores: velocidades mnimas entre 0 a 60 m/s (azul) y las velocidades mximas de 360 a 420 m/s (rojo).

    4.1. Rgimen Supersnico

    El rgimen supersnico permite que las propie-dades del gas cambien de forma drstica, lo cual es favorable para la separacin de hidrocarburos pesados.

    Para poder interpretar los resultados y conocer si se ha obtenido un rgimen supersnico se debe realizar el clculo de la velocidad del sonido en el gas y as evaluar el nmero Mach; el software CFD realiza este clculo de forma automtica.

    Fig. 11 Numero de Mach en el separador supersnico con generador de swirl.

    En la Fig. 13 se puede ver las presiones en el inte-rior de los separadores que van desde 40-50 bar (azul) a 90-100 bar (rojo). Estos valores indican una expansin del flujo con eficiencia mayor al de la vlvula Joule-Thompson empleada en esta labor en los actuales procesos de tratamiento de gas en Colombia.[7]

    4.3. El flujo en forma de remolino

    Las condiciones presentadas anteriormente muestran la importancia de la generacin del swirl, debido a que estas caractersticas de remolino permiten la extraccin de las fases en el separador.

    En la Fig. 14 se puede observar el corte transver-sal en la zona se separacin. Se muestran adicio-nalmente las concentraciones volumtricas de Metano de 0,97 a 0,99 (rojo) lo que indica que se puede obtener un gas natural seco con un grado de separacin altamente eficiente.

    Con la informacin anterior es posible determi-nar a qu longitud del separador se debe locali-zar el separador ciclnico coaxial, de acuerdo a los resultados deseados en el grado de separa-cin y la concentracin de metano del gas seco.

    Fig. 13 Presin en el separador con generador de swirl.

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    5. VENTAJAS DE LAS SIMULACIONES CFD

    La implementacin de herramientas computa-cionales en el estudio del comportamiento de los fluidos en el interior de diferentes equipos utili-zados en la industria, es hoy en da un hbito que toma cada vez ms fuerza debido a que presenta mltiples ventajas tales como:

    Permitir una evaluacin eficiente del com-portamiento de los fluidos identificando los puntos crticos de los diferentes procesos.

    Reducir drsticamente los costos en la construccin y puesta en marcha de prototipos, evaluar diferentes parmetros tales como nmero de Reynolds, nmero de Mach, nmero de Rayleigh y orientacin de flujo etc., los cuales permiten generar diseos ms eficientes.

    Simular condiciones que no son reprodu-cibles experimentalmente, tales como accidente o condiciones de operacin que no son reproducibles en un laboratorio.

    Visualizar en detalle la informacin que no puede ser obtenida de los experimentos realizados.

    Aunque estas tcnicas presentan mltiples ventajas, es necesario entender que los mtodos numricos pueden presentar errores, por tan-to pueden existir algunas diferencias entre los resultados obtenidos y la realidad.

    6. VENTAJAS DE LAS TCNICAS DE SEPARA-CIN SUPERSNICA

    Los separadores supersnicos son una tecnologa que presenta grandes ventajas con respecto a los sistemas de separacin convencionales imple-mentados actualmente en Colombia, los cuales presentan grados de eficiencia en la separacin entre el 60 y 70% y generan cadas de presin considerables, lo que implica la implementacin de sistemas de compresin adicionales. Algunas de las ventajas de los separadores supersnicos se presentan a continuacin:

    No presenta partes mviles, lo cual asegura una alta confiabilidad, bajos costos de man-tenimiento y largos perodos de operacin.

    La velocidad supersnica se alcanza en un corto tiempo de residencia evitando la formacin de hidratos, los cuales generan serios problemas de transporte.

    Evita qumicos y equipos asociados a la regeneracin de algunos sistemas conven-cionales de separacin, lo que lo convierte en un sistema econmico y amigable con el medio ambiente.

    Evita la implementacin de un gran nme-ro de equipos (intercambiadores de calor, contenedores, torres de destilacin etc.) requeridas para la mayora de procesos convencionales.

    Presenta un mayor grado de separacin que los mtodos habituales.

    Presenta bajas cadas de presin, por lo que disminuye los costos de compresin implementados para alcanzar las presiones establecidas por la regulacin.

    Este tipo sistemas permiten tambin sepa-rar compuestos indeseados de las corrien-tes de gas natural, tales como vapor de agua, sin el uso de separadores adicionales

    Menor tamao y peso que los sistemas usua-les, lo que facilita su transporte

    En condiciones de operacin adecuadas, permite obtener grados de separacin del 96 al 98%.

    7. APLICACIN DE LA TECNOLOGA

    Todas las ventajas mencionadas anteriormente, argumentan la implementacin de este tipo de tecnologa, sin embargo, este sistema es apro-piado para separar hidrocarburos pesados y vapor de agua slo en lneas de flujo en los que el caudal y la presin sean tal que la cada de presin generada sea mnima, produciendo una mayor eficiencia energtica en el equipo.

    Otro factor influyente, aunque no determinan-te, es la concentracin del gas de entrada, pues aunque es posible alcanzar un gas seco de con-centraciones similares a diferentes composicio-nes de entrada, la cantidad de hidrocarburos extrados variar segn sea el caso.

    Adicionalmente, es necesario tener en cuenta que la implementacin de estos sistemas est limitada a las condiciones de operacin bajo las cuales fue diseado y aunque puede operar bajo condiciones diferentes, su eficiencia podra no ser la misma.

    8. NUEVOS RETOS

    La Corporacin Centro de Desarrollo Tecnolgico del GAS se encuentra actualmente desarrollando un estudio complementario, a partir de simula-ciones CFD, que permita generar un prototipo de Separador Supersnico Modular que tendra la capacidad de adaptacin a diferentes condicio-nes de operacin, teniendo como limitante los requerimientos mnimos de funcionamiento de este tipo de sistemas, lo cual permitir obtener un alto grado de separacin de hidrocarburos pesados bajo diferentes condiciones.

    Este sistema es apro-piado para separar

    hidrocarburos pesados y vapor de agua slo en lneas de flujo en los que el caudal y la presin sean tal que la cada de presin

    generada sea mnima, produciendo una

    mayor eficiencia ener-gtica en el equipo.

    REFERENCIAS

    [1] Hoja de seguridad del Gas Natural, ECOPETROL S.A.

    [2] Reglamento nico de Transporte de Gas Natural, CREG.

    [3] Kreith, Frank. Mechanical Engineering Handbook, Chapter 3 Fluid Mechanics, 1999.

    [4] CDT de GAS. Metrologa aplicada a siste-mas de transferencia de custodia de gas, se-gunda parte. 2006.

    [5] Miller Richard W. Flow measurement en-gineering handbook. Tercera edicin. Editorial McGraw-Hill.

    [6] AMERICAN GAS ASSOCIATION, AGA. Report N 10 Speed of Sound in Natural Gas and other Related Hydrocarbon Gases. Rev January Ao 2003

    [7] Vladimir Feygin, Salavat Imayev, Vadim Alfyorov, Lev Bagirov, Leonard Dmitriev, John Lacey SUPERSONIC GAS TECHNOLOGIES Trans-Lang Technologies Ltd., Calgary, Canada.

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