Análisis del fenómeno fluido-dinámico-térmico de gases reales al interior de un tubo vórtex ranque-hilsch para su implementación en aplicaciones de licuefacción de gases: caso estudio gas natural

Abstract

El tubo vórtex es un dispositivo compacto, en el cual un gas presurizado de entrada se divide en dos corrientes de gases, una caliente y otra fría, debido a i) el intercambio de calor entre las conrrientes, y ii) la rápida expansión en el equipo. En este trabajo se presenta el análisis del fenómeno fluido-dinámico-térmico de gases reales al interior de un tubo vórtex Ranque-Hilsch (RHVT) comercial modelo 3425 del fabricante Exair Co®, por medio de simulaciones numéricas tridimensionales, considerando aire, metano y una mezcla binaria metano-etano en una relación 90:10 como fluidos de trabajo, y el cambio de fase al interior del dispositivo (condensación). El modelo numérico mostró porcentajes menores al 12% al ser contrastado con modelos analíticos y literatura, y predice con una buena aproximación los perfiles tanto de la tasa de nucleación, como de la fracción de masa líquida con una diferencia inferior al 10%, para la geometría considerada. Al evaluar el rendimiento de 2 procesos: uno de enfriamiento de gases y otro de obtención de gases licuados, que incluían los RHVT, bajo condiciones de operación de las estaciones de regulación de presión de Gas Natural, se obtuvo para el primer caso, un ahorro aproximado de energía del 56% en la cadena de producción de gases licuados, y para el segundo, una producción diaria de 0.5 barriles de este combustible para venta. Los resultados obtenidos, permiten ver a los dispositivos vórtex como equipos de interés a ser implementados en sistemas de enfriamiento y licuefacción de gases.