Steam transport simulation in a geothermal pipeline network constrained by internally consistent thermodynamic properties of water

Resumen

Un programa computacional, GeoSteamNet, para la simulación numérica del transporte de vapor en redes de tuberías geotermales fue escrito en Visual Studio .NET. El programa considera (a) propiedades termodinámicas del agua internamente consistentes, y (b) un algoritmo numérico basado en los principios de conservación de masa, momento lineal (segunda ley de Newton), y energía (primera y segunda leyes de la termodinámica). Se observa inestabilidad del algoritmo como consecuenca del comportamiento como gas ideal del vapor a baja presión, lo cual se resuelve configurando el límite inferior de la presión en 2.0×105 Pa. Un control ActiveX, SteamTablesGrid, en se empleó para calcular las propiedades termodinámicas del agua. Un estudio de la interrelación entre variables de estado termodinámicas como la temperatura, la presión, el volumen, la energía interna, etc. indica la consistencia interna de las propiedades termodinámicas sólo del vapor. La aplicación de GeoSteamNet se demuestra en el manejo y optimización de flujo de vapor en una planta geotérmica generadora hipotética con dos pozos y una unidad de producción. GeoSteamNet calcula todos los parámetros como velocidad del fluido, diferentes tipos de energía como pérdida de calor, energía (cinética y potencial) mecánica, energía térmica, energía por fricción y energía total. De esta manera, el momento lineal y balances de energía en cada punto nodal en la red de tuberías se usan para validar el algoritmo. Adicionalmente, el programa computacional también puede ser usado eficientemente en el diseño y construcción de redes de tuberías geotérmicas.