DESIDRATAÇÃO, SEPARAÇÃO E LIQUEFAÇÃO DE GÁS NATURAL USANDO O TUBO VORTEX - Parte 3

 

3 – PROJETO DO TUBO VORTEX.

Não é, ainda, possível projetar um tubo vortex somente usando equações termodinâmicas e de mecânica dos fluidos. Entretanto, existem correlações qualitativas, suportados por alguns modelos teóricos, os quais predizem qualitativamente que mudanças de desempenho podem ser esperadas numa troca de pressão e temperatura.

È conveniente considerar os parâmetros necessários para projetar um tubo vortex em termos de um comprimento característico, o qual pode ser tomado como o diâmetro do tubo da fase quente a jusante do orifício de passagem da fase fria. Os mais importantes parâmetros remanescentes são: O diâmetro do tubo da fase fria, o diâmetro do bocal de entrada de gás, o diâmetro do orifício de passagem da fase fria, o comprimento do tubo da fase quente e da fase fria.

Em projetos mais sofisticados fatores adicionais devem ser considerados, tais como, o numero e a forma dos bocais de entrada, a forma da câmara do vortex, o ângulo de divergência do tubo da fase quente, isto é, se cônico é preferível a cilíndrica e o uso de difusores.

Os parâmetros ajustáveis de operação são melhores considerados como razões. A pressão variável é expressa como a razão da pressão de entrada para a pressão de saída do gás da fase fria. Em muitos casos a fase fria é a consideração de resultado mais importante e, esse fluxo deixa o vortex, geralmente, a mesma pressão de entrada.

O efeito vortex é dependente de um pequeno nível das propriedades do gás como expressada pelo numero de Prandtl. Esta é uma adição a qualquer efeito Joule-Thomson que possa estar presente. O tubo vortex pode ser operado com comportamento, ambos, adiabático ou isotérmico.

A - Bocal de entrada.

A queda de pressão através do bocal de entrada, geralmente, excede a razão critica de, em média, 2 (pressão de bocal de entrada/pressão de bocal de saída) para o fluxo através de orifício de borda afiada. Entretanto, para um gás de entrada com configuração e temperatura dadas, a taxa de fluxo é proporcional a pressão de entrada e a área de corte-em-cruz (seccional) do diâmetro do bocal independe da pressão a jusante, como discutido em muitos textos sobre fluidos mecânicos. Hilsch, em 1947 deu a formula:

Onde:

A constante tem um valor de, aproximadamente, 0,80 kg/(hr. mm². atm). Gulyaev, em 1966, derivou uma expressão para razão de fluxo no tubo vortex no qual as propriedades do gás e coeficiente de ambos, bocais e orifício da fase do gás frio, são expressas explicitamente.

Em alguns projetos de tubo vortex, o bocal de entrada está tangencialmente colocado e tem aberturas retangulares preferíveis a circulares. Nestes casos, o diâmetro do bocal é interpretado como o diâmetro hidráulico da abertura, dada pela formula: