Diseño de un separador ciclónico axial vertical para flujo líquido-gas ascendente

Abstract

El siguiente trabajo tiene por objetivo elaborar una propuesta de diseño de un separador ciclónico axial vertical para flujo líquido-gas ascendente. Para ello, se consideraron los criterios más importantes encontrados en el estudio bibliográfico, normas PDVSA y recomendaciones realizadas por investigadores en la materia. El separador está compuesto por álabes guías estacionarios, que son elementos fijos, los cuales no requieren girar para impartir el movimiento rotacional de la mezcla bifásica gas-líquido, ya que este movimiento es producido por el cambio de dirección del fluido originado por el ángulo formado entre los álabes y el eje axial del dispositivo. Asimismo, cuenta con una cámara de recolección de líquido, bridas de entrada de la mezcla, salida de gas, salida de líquido y una tubería recirculación de gas hacia la brida de entrada de la mezcla, lo cual evita que el mismo se presurice. Por último, se presenta el análisis fluido dinámico del prototipo diseñado. Dicho estudio por limitaciones de tiempo se empleó un modelo monofásico considerando el aire como una fase continua. La herramienta comercial utilizada fue ANSYS CFX a fin de determinar la geometría más conveniente considerando la menor caída de presión a través del equipo. Adicionalmente se muestra el proceso de validación del mallado y verificación de los resultados considerando diferentes modelos de turbulencia mediante una comparación con los modelos matemáticos de velocidad tangencial indicado por Hoffman y caída de presión por Muschelknautz. Además, se realizó una comparación de los modelos de turbulencia, siendo el modelo de turbulencia por Esfuerzos de Reynolds (RSM) el seleccionado para el estudio por ser el que mejor predice los fluidos con fuertes cambios de dirección y alta vorticidad. The following paper aims to develop a proposal for design of a vertical axial cyclone separator for liquid-gas flow upward. To do this, the most important criteria found in the literature review, PDVSA standards and recommendations made by researchers in the field were considered. The separator comprises vanes stationary guides which are fixed elements, which do not require rotate to impart rotational movement of the biphasic mixture gas liquid, as this movement is caused by the change of flow direction caused by the angle formed between the blades and the axis of the device. It also has a collection chamber liquid inlet flanges of the mixture gas outlet and liquid outlet gas recirculation pipe to the inlet flange of the mixture, which prevents the same is pressurized. Finally, the fluid dynamic analysis prototype designed occurs. This study due to time a single-phase model considering the air as a continuous phase was used. The commercial tool used was ANSYS CFX to determine the most suitable geometry considering the lower pressure drop through the equipment. Additionally the validation and verification of the mesh results considering different turbulence models by comparison with the mathematical models tangential velocity indicated by Hoffman and pressure drop Muschelknautz shown. Furthermore, a comparison of turbulence models was conducted, with the turbulence model for Reynolds stresses (RSM) selected for the study to be the best predictor fluids with strong changes of direction and high vorticity.