Proyecto P14

En los sistemas geotérmicos el recurso primario para la generación de energía eléctrica es vapor, con el que se produce el movimiento de las turbinas. En la mayoría de los campos geotérmicos el fluido producido es una mezcla de agua y vapor. Para obtener solamente vapor útil para las turbinas se usan distintos sistemas de separación en el cabezal de cada pozo. Una vez obtenido el vapor separado se transporta hacia la turbina a través de una red de vapor-ductos que consiste de tubos, codos, válvulas, expansiones, reducciones, etc. El flujo de vapor (fluido) en las redes de vapor-ductos de sistemas geotérmicos es más complejo que en cualquier otro tipo de sistema, debido que la presión, temperatura y el flujo en los pozos geotérmicos son establecidas por las características naturales del yacimiento (Verma et al. 2013). Además, las distancias grandes entre los pozos y la configuración topográfica de un campo geotérmico influyen negativamente en la caracterización del flujo (García et al., 2009). Las condiciones en la apertura del pozo (es decir, el control de su presión, y flujo en la boca del pozo) produce problemas de incrustación (que consisten principalmente en depósitos de sílice y calcita) tanto en el yacimiento geotérmico, como en las redes de vapor-ductos (Verma et al., 2012). De la misma manera, se ha observado inestabilidad en forma de fluctuación de la presión en la red de tuberías geotérmicas (incluso a veces en los pozos), si la apertura de los pozos no está sincronizada. Todo esto afecta la capacidad de producción de un sistema geotérmico. Normalmente este problema se llega a resolver produciendo un exceso de vapor (es decir, vapor sin ningún tipo de uso) y descargándolo a la atmósfera, lo que tiene impactos económicos y ambientales. De ahí la importancia de comprender la complejidad del flujo de vapor en las redes de los sistemas geotérmicos.

El objetivo principal del presente proyecto es continuar el desarrollo de GeoSteam.Net. Para alcanzar este objetivo se realizaran las siguientes metas específicas:

• Mejorar el algoritmo para el nodo de dos o más pozos de producción: El presente algoritmo de GeoSteam.Net valida la presión para diferentes ramas en el nodo de unión de dos o más pozos productores que sea igual; sin embargo, pueden existir diferencias en la temperatura en las diferentes ramales. Para resolver eso, se requiere el desarrollo de un modelo de mezcla de fluidos en el nodo.
• Desarrollo de algoritmo para los componentes de la red de tuberías: Los componentes de la red de vapor-ductos (por ejemplo, un codo) en software comerciales o científicos existentes se programan como las tuberías equivalentes. En otras palabras, los componentes se sustituyen por las respectivas tuberías equivalentes virtuales durante la simulación de transporte de vapor. Se trabajará para diseñar un algoritmo para diferentes tipos de componentes, incluyendo la conservación del momento angular y su disipación por fricción. La validación del algoritmo se realizará a través de las mediciones de campo en los sistemas geotérmicos.
• El diseño de la interfaz de usuario: Se diseñará una interfaz gráfica de usuario que puede servir como una herramienta a los ingenieros de campo en la toma de decisiones críticas para la operación óptima del sistema geotérmico, a través de simulaciones de redes de vapor-ductos con el simulador en tiempo real.
• Nuevas mediciones de las propiedades termodinámicas del agua: En realidad, las condiciones del estado del agua en la mayoría de las redes de vapor-ductos geotérmicos son a lo largo de la curva de saturación vapor-líquido, por lo tanto no hay violación de las leyes básicas de la termodinámica en los algoritmos actuales. Sin embargo, se ha observado el cambio de estado del agua en la región de vapor sobrecalentado, en las condiciones extremas de operación. En este caso se observó la violación de la conservación de energía debido a las inconsistencias en los datos termodinámicos existentes. Además, el futuro de la industria geotérmica es la explotación de los sistemas geotérmicos mejorados. Esto significa que es verdaderamente importante aprender a simular el transporte del fluido geotérmico en condiciones distintas a la curva de saturación. Por lo tanto, un objetivo de este proyecto es diseñar un montaje experimental para medir la capacidad calorífica del agua y el vapor, y así resolver las anomalías que actualmente existen en las propiedades termodinámicas del agua.