Estudio de Fugas en el Flujo de Dióxido de Carbono Supercrítico en Tuberías: Efectos de la Ecuación de Estado, Impurezas y Diámetro de Salida
Autores: Kant, Krishna; Habchi, Chaouki; Hajiw-Riberaud, Martha; Afailal, Al-Hassan; de Hemptinne, Jean-Charles
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Estudio de Fugas en el Flujo de Dióxido de Carbono Supercrítico en Tuberías: Efectos de la Ecuación de Estado, Impurezas y Diámetro de Salida
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Cambio climático
Captura de carbono
Tuberías de CO2
Impurezas
Dinámica de fluidos computacional
Comportamiento de fases
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La creciente necesidad de mitigar el cambio climático ha acelerado el desarrollo de tecnologías de Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono (CCUS), donde el transporte seguro de CO2 supercrítico (sCO2) a través de tuberías es un desafío clave. El comportamiento del flujo en tales sistemas está fuertemente influenciado por procesos de cambio de fase bajo condiciones transitorias, como la descompresión y la transferencia de calor, y se complica aún más por la presencia de impurezas (por ejemplo, N2, CH4 y Ar). Estas impurezas modifican las propiedades termodinámicas y los límites de fase, afectando así la dinámica general del flujo. En este estudio, se investiga la influencia de las impurezas en la fuga, la tasa de flujo másico y la propagación de ondas de descompresión en tuberías de sCO2 utilizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD). Se emplea un modelo de fluido real (RFM) implementado en el solucionador CFD CONVERGE, con un enfoque basado en tabulación para capturar con precisión las propiedades termodinámicas y de transporte a través de regímenes multifásicos. Las simulaciones se validaron contra datos experimentales disponibles y se realizaron para diferentes concentraciones de impurezas para evaluar su impacto en variables clave del flujo, incluyendo presión, temperatura y velocidad de onda. Aunque se utilizaron suposiciones simplificadoras, los resultados están en bastante buena concordancia con las observaciones experimentales y proporcionan una mejor comprensión del comportamiento de fase inducido por impurezas durante la descompresión transitoria. Además, se examinan los efectos de la geometría de salida, la configuración de la tubería y la elección de la ecuación de estado, destacando su influencia en la respuesta del flujo predicha. La validez del marco de modelado RFM se demuestra aún más mediante simulaciones de una configuración de tubería a gran escala representativa de condiciones industriales, que servirá como referencia para futuras mejoras.
Descripción
La creciente necesidad de mitigar el cambio climático ha acelerado el desarrollo de tecnologías de Captura, Utilización y Almacenamiento de Carbono (CCUS), donde el transporte seguro de CO2 supercrítico (sCO2) a través de tuberías es un desafío clave. El comportamiento del flujo en tales sistemas está fuertemente influenciado por procesos de cambio de fase bajo condiciones transitorias, como la descompresión y la transferencia de calor, y se complica aún más por la presencia de impurezas (por ejemplo, N2, CH4 y Ar). Estas impurezas modifican las propiedades termodinámicas y los límites de fase, afectando así la dinámica general del flujo. En este estudio, se investiga la influencia de las impurezas en la fuga, la tasa de flujo másico y la propagación de ondas de descompresión en tuberías de sCO2 utilizando simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD). Se emplea un modelo de fluido real (RFM) implementado en el solucionador CFD CONVERGE, con un enfoque basado en tabulación para capturar con precisión las propiedades termodinámicas y de transporte a través de regímenes multifásicos. Las simulaciones se validaron contra datos experimentales disponibles y se realizaron para diferentes concentraciones de impurezas para evaluar su impacto en variables clave del flujo, incluyendo presión, temperatura y velocidad de onda. Aunque se utilizaron suposiciones simplificadoras, los resultados están en bastante buena concordancia con las observaciones experimentales y proporcionan una mejor comprensión del comportamiento de fase inducido por impurezas durante la descompresión transitoria. Además, se examinan los efectos de la geometría de salida, la configuración de la tubería y la elección de la ecuación de estado, destacando su influencia en la respuesta del flujo predicha. La validez del marco de modelado RFM se demuestra aún más mediante simulaciones de una configuración de tubería a gran escala representativa de condiciones industriales, que servirá como referencia para futuras mejoras.