Resumen en español

En las facilidades de producción de gas natural, los sistemas de alivio de presión representan un elemento crítico para la seguridad operativa, ya que permiten controlar de forma segura eventos de sobrepresión. Dentro de estos sistemas, las antorchas elevadas o Thermal Emission Assemblies (TEA) desempeñan un papel fundamental al asegurar la combustión controlada de corrientes gaseosas liberadas durante situaciones transitorias o de emergencia. El diseño y la verificación de su desempeño térmico se realizan tradicionalmente mediante correlaciones empíricas establecidas por normas internacionales; sin embargo, dichas metodologías presentan limitaciones para describir con detalle el comportamiento real de la llama y la radiación térmica en instalaciones existentes. Esta tesis presenta un análisis computacional detallado del comportamiento térmico, fluidodinámico y radiactivo de una TEA industrial destinada a una estación compresora de gas natural, utilizando técnicas de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). El estudio se desarrolló mediante el software ANSYS Fluent, incorporando modelos de turbulencia, combustión no premezclada y transferencia de calor por radiación, con el objetivo de evaluar parámetros críticos como la longitud de la llama, la temperatura de combustión, el flujo de calor radiante y la fracción de calor radiado. La metodología adoptada incluyó la construcción de un modelo tridimensional representativo de la antorcha, la generación y verificación de independencia de malla, y la simulación progresiva de distintos escenarios: flujo no reactivo, mezcla gaseosa sin reacción y combustión no premezclada. Las condiciones operativas y ambientales fueron definidas de acuerdo con un escenario real de descarga máxima, considerando la composición típica del gas natural y la influencia del viento. Asimismo, se implementó el modelo de radiación Discrete Ordinates (DO) para evaluar de forma directa la radiación incidente sobre receptores cercanos, permitiendo una comparación coherente con los métodos normativos. Los resultados obtenidos mediante CFD fueron contrastados sistemáticamente con los cálculos teóricos y las correlaciones establecidas por las normas API 521 y API 537. Se observó una buena concordancia entre ambos enfoques, con diferencias atribuibles a la representación tridimensional del flujo, a los efectos de mezcla turbulenta y a las pérdidas energéticas por radiación incorporadas en el modelo numérico. La simulación permitió identificar una mayor extensión de la llama respecto a los métodos empíricos, así como niveles de radiación térmica ligeramente inferiores a los valores teóricos, manteniéndose en todos los casos dentro de márgenes aceptables desde el punto de vista del diseño y la seguridad. En conjunto, este trabajo demuestra que la simulación CFD constituye una herramienta robusta y complementaria a los métodos tradicionales de diseño para la evaluación de antorchas industriales, especialmente en el análisis de instalaciones existentes y en escenarios donde se requiere una descripción espacial detallada del comportamiento térmico y de la radiación. Los resultados obtenidos respaldan el uso del CFD como apoyo a la ingeniería de diseño y a la toma de decisiones en sistemas de alivio de presión en la industria del gas natural.