Simulación numérica del fenómeno Vórtex en un tubo Ranque- Hilsch comercial con miras a la aproximación del comportamiento de los fluidos compresibles y su posible aplicación para la licuefacción de gas natural

Abstract

El tubo Ranque-Hilsch es una máquina térmica sin piezas móviles en su interior. El gas presurizado se inyecta en un compartimento que permite que el gas se reparta en dos corrientes, una caliente y otra fría las cuales salen por extremos opuestos del tubo. En este trabajo se llevó a cabo la resolución numérica del comportamiento del fenómeno Vórtex a fin de dar una primera aproximación al mismo; Esta, se llevó a cabo teniendo en cuenta información pertinente acerca de los modelos de turbulencia, la caracterización geométrica del tubo y 2 fluidos de trabajo (Aire y Metano). Los datos fueron obtenidos empleando el software de simulación STAR-CCM+. Los fluidos de trabajo analizados mostraron para las variables principales (velocidad, temperatura y presión) porcentajes de error relativo no mayores al 15% respecto a los valores calculados analítica y experimentalmente. En cuanto a la comparación entre los 2 fluidos de interés, se observó que las variables principales difieren sustancialmente registrándose una diferencia de velocidad de 76.66 m/s, un delta de temperatura de 6.56 K y un delta de presión de 15.61 kPa. La temperatura más baja registrada para la simulación con metano fue de 228.40K y para licuar el gas se hace necesario bajar su temperatura hasta unos 110.15K a presiones levemente superiores a la atmosférica y que en este caso corresponde a 109.27 kPa. Con un error relativo correspondiente a 0.07% respecto al valor de referencia, es posible licuar el gas para la configuración geométrica y la escala mostrada en este trabajo.