Flujo en Tuberías

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PATRONES DE FLUJO

“PATRONES DE FLUJO PARA TUBERÍAS HORIZONTALES Y VERTICALES” 1. INTRODUCCIÓN El flujo multifásico es definido como el flujo simultáneo de numerosas fases, siendo el flujo bifásico el caso más simple. Las variables más importantes manejadas en este estudio son: flujo volumétrico de gas y líquido, propiedades físicas de las fases, diámetro e inclinación de la tubería, presión de operación, hold-up, caída de presión y régimen de flujo. Este último ha sido la variable más importante de estudio, debido a que ésta afecta directamente los valores de hold-up y caída de presión. El hold-up se define como la relación de volumen ocupado por un gas en un segmento de tubería y el volumen total del segmento de la misma. El uso, medida y cálculo del hold-up ha tenido profundos cambios durante el tiempo. De todos los métodos que existen el más usado, simple y preciso, ha sido el método de cierre rápido de válvula de bola. Varios autores lo han usado para obtener correlaciones empíricas para el cálculo del hold-up, como las correlaciones de Beggs and Brill, quienes trabajaron con tuberías de 1 a 11/2 pulgadas y 90 pies de longitud, variando el ángulo de inclinación de la mismas desde –90º hasta +90º, para el sistema aire-agua (Beggs and Brill, 1991). El patrón de flujo se refiere a cómo se distribuyen las fases al fluir simultáneamente a través de una tubería, es decir, a la forma que adopta el flujo bajo determinadas condiciones de caudal (Beggs y Brill, 1991).

2. PATRONES DE FLUJO PARA TUBERÍAS VERTICALES 2.1 Flujo de burbuja: La tubería se encuentra prácticamente llena de líquido y la fase de gas libre se presenta en pequeñas burbujas las cuales se mueven a diferentes velocidades exceptuando aquellas que por su densidad tienen pequeños efectos en el gradiente de presión. La pared de la tubería esta siempre en contacto con la fase líquida (Fig.1)(Beggs and Brill, 1991).

Figura 1. Patrón de Flujo BUBBLE.

Autor: José Manuel Hernández Cruz

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2.2 Flujo Slug: La fase gaseosa es más significativa. Sin embargo la fase líquida sigue siendo continua, las burbujas de gas coalescen y forman tapones o slugs los cuales ocupan prácticamente toda la sección transversal de la tubería. El líquido que rodea la burbuja puede moverse a bajas velocidades en forma descendente. El gas y el líquido tienen efectos significativos en la caída de presión (Fig.2) (Beggs and Brill, 1991).

Figura 2. Patrón de Flujo SLUG.

2.3 Flujo de transición o churn: Es cuando ocurre el cambio de la fase líquida continua a la fase de gas continua. Las burbujas de gas pueden unirse y el líquido puede entrar en la burbuja. Aunque los efectos del líquido son significantes, dominan los de la fase gaseosa (Fig.3) (Beggs and Brill, 1991).

Figura 3. Patrón de Flujo CHURN.

Autor: José Manuel Hernández Cruz

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2.4 Flujo anular: La fase gaseosa es continua y la mayor parte del líquido se introduce en ésta en forma de gotitas. La pared de la tubería esta cubierta por una película de líquido y la fase gaseosa controla la caída de presión (Fig. 4) (Beggs and Brill, 1991).

Figura 4. Patrón de Flujo ANNULAR.

3. PATRONES DE FLUJO PARA TUBERÍAS HORIZONTALES 3.1 Flujo segregado:

3.1.1 Estratificado liso: se caracteriza por una separación completa de las fases, en la cual el líquido fluye por el fondo de la tubería y el gas por la parte superior de la misma. (Fig. 5) 3.1.2 Estratificado ondulado: se produce al aumentar la velocidad del gas con respecto a la que se tenía en el estratificado liso, produciendo ondas en la interfase gas – líquido. (Fig. 5)

3.1.3 Anular: éste se evidencia al manipular grandes caudales de gas. Usualmente se observan gotas de líquido desplazándose a través del centro gaseoso y, a consecuencia del efecto de la gravedad, la película del fondo de la tubería es generalmente más gruesa que la superior. (Fig. 5)

Fig. 5. Patrón de Flujo Segregado y sus divisiones.

Autor: José Manuel Hernández Cruz

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3.2 Flujo distribuido: 3.2.1 Burbuja dispersa: se observan pequeñas burbujas de gas esparcidas en la parte superior de la tubería.

3.2.2 Flujo niebla o neblina: se observan pequeñas burbujas de líquido esparcidas en el gas.

Fig. 6. Patrón de Flujo Distribuido y sus divisiones.

3.3 Flujo intermitente: 3.3.1 Burbuja elongada o tapón de gas: se caracteriza por presentar burbujas en forma de bala que tienden a moverse a lo largo de la parte superior de la tubería. 3.3.2 Flujo slug o tapón de líquido: en este régimen, se forman grandes burbujas de gas que son transportadas rápidamente a lo largo de la tubería, observándose, generalmente, cierta cantidad de líquido fluyendo bajo ellos. Dicho líquido es empujado hacia el tope de la tubería formando tapones de líquido entre los bolsillos de gas (Hewitt, 1978). Además, este patrón presenta un vórtice característico el cual se denomina zona de mezcla donde el gas se disuelve en el cuerpo del líquido (Torres, 2001).

Fig. 7. Patrón de Flujo Intermitente y sus divisiones.

Fig. 8. Patrones de Flujo Multifásico en una tubería horizontal. Autor: José Manuel Hernández Cruz

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BIBLIOGRAFIA: PAPERS: a)

b)

Autor: José Manuel Hernández Cruz

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