Propiedades de Los Fluidos

 

Universidad Politécnica del Golfo de México 

“ iencia y Tecnología que Transforman”  INGENIERÍA PETROLERA   

PROPIEDADES  DE LOS LUIDOS   F F LUJO  LUJO  M   M ULTIFÁSICO ULTIFÁSICO EN T UBERÍAS  UBERÍAS   Trabajo de investigación 

Catedrático Ing. Santiago Daniel Arellano Moctezuma Mocte zuma   Alumno Adrian Fco. Martínez Contreras  Ing. Petrolera 7° B 

Carretera Federal Malpaso-El Bellote Km. 171 / Ranchería Monte Adentro / C.P. 86600 / Paraíso, Tabasco, México Enero de 2017

 

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 

Flujo Multifásico en Tuberías 

INTRODUCCIÓN  Los fluidos producidos del yacimiento no llegan en a la superficie de forma monofásica; dicha producción es una combinación de hidrocarburos, gases, agua y sólidos, los cuales fluyen en regímenes no consistentes. Este flujo de diversas fases a través tra vés de la tubería ha sido denominado por la dinámica de fluidos como Flujo Multifásico  El flujo multifásico en tuberías se define como el movimiento simultáneo de diversas fases (producidas) en las tuberías o ductos. El entendimiento del flujo multifásico involucra el estudio de diversas variables como; gastos de flujo, caídas de presión, regímenes de flujo, las propiedades físicas de los fluidos, así como los diámetros y ángulos de inclinación de las tuberías.  Propiedades de los fluidos como lo son las densidades y viscosidades, las cuales son significativamente diferentes en cada fluido, hacen que el flujo multifásico sea mucho más complicado de analizar que el flujo monofásico. Estos fenómenos se rigen por la conservación de la masa, el momento y la energía, junto con la termodinámica fundamental y la transferencia transferenc ia de calor.  Sabemos que el ingeniero de producción debe valerse de las caídas de presión para optimizar el movimiento de fluidos en el yacimiento, yacimien to, pozo y superficie. El estudio de las propiedades de los fluidos es de suma importancia en estos aspectos aspec tos pues, para cada caída de presión se requiere calcular las propiedades de los fluidos.  En el siguiente trabajo de investigación definiremos las propiedades físicas de los fluidos producidos en distintas fases, las cuales se desplazan a través de las tuberías. Dichas propiedades son de suma importancia para realizar cálculos pertinentes de dinámica y mecánica de fluidos en flujos dentro de tuberías  

 

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 

Flujo Multifásico en Tuberías 

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS  La evaluación de propiedades físicas de mezclas de hidrocarburos es de suma importancia para la optimización y ejecución del flujo multifásico. Dichas propiedades de los fluidos varían conforme cambia la presión y la temperatura. Cualquier característica de un sistema se llama “propiedad”. Puede ser intensivo (independiente de la masa) o extensivo (depende (d epende del tamaño del sistema). El estado de un sistema se describe por sus propiedades. La cantidad de propiedades requeridas para caracterizar el estado de un sistema viene dada por los modelos matemáticos de dinámica de fluidos.   A continuación definiremos las distintas propiedades físicas de los fluidos involucradas en el flujo monofásico dentro de tuberías.  

-  Densidad.-La densidad se define como la cantidad de materia contenida por

unidad de volumen de una sustancia. Se puede expresar como densidad de masa, densidad relativa, peso específico o volumen específico. -  La densidad másica, ρ se define como la masa de una sustancia por unidad de

volumen. -  La densidad relativa  se define como el cociente entre la densidad de una

sustancia y un valor estándar, carece por tanto de unidades. Se usa generalmente sólo en líquidos y sólidos. Un estándar habitual corresponde a la densidad máxima del agua a presión atmosférica que se corresponde a una temperatura de 4 °C. -  Densidad del aceite.  En la práctica común, el aceite crudo se clasifica de

acuerdo a su peso específico, y es expresado en una escala normalizada por el  API. Esta escala es llamada densidad API. 

 

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 

Flujo Multifásico en Tuberías 

-  Densidad de un gas. Es el peso molecular por unidad de volumen de un gas a

ciertas condiciones de presión y temperatura. En unidades de campo c ampo la densidad del gas se expresa normalmente en lbm / pie3  -  Densidad relativa de un gas. Es el cociente del peso molecular por unidad de volumen de un gas entre el peso molecular por unidad de volumen del aire, ambos tomados a las mismas condiciones de temperatura y presión, y considerando la densidad del aire como 1 atm.  -  Densidad relativa de un líquido.  Es el cociente de la densidad del líquido con

respecto a la densidad del agua, ambos tomados a las mismas condiciones de temperatura y presión. La densidad del agua es aproximadamente de 1 gr/cm 3  -  Encogimiento. Es la disminución de volumen que experimenta una fase líquida

por efecto de la liberación del gas disuelto y por su contracción térmica. El factor de encogimiento es el recíproco del factor del volumen.   -  Compresibilidad. Cambio relativo en el volumen del fluido en relación con un

cambio de una unidad de presión. Se expresa usualmente como cambio de volumen por unidad de volumen de fluido por psi de cambio de presión. El gas tiene mayor compresibilidad que el líquido (petróleo o agua).   -  Presión de Vapor: La presión ejercida por un vapor que escapa de un líquido.

Cuantifica la tendencia de las moléculas a entrar en la fase gaseosa. La presión de vapor del agua aumenta a medida que aumenta la temperatura y llega a una presión de una atmósfera (760 mm Hg o 14,7 psia) en el punto de ebullición (100°C o 212°F).  -Tensión Superficial S uperficial: La energía libre superficial que existe entre un líquido y el aire. Esta barrera de energía impide que un líquido (como el agua) se mezcle espontáneamente con el aire formando una espuma. Es el trabajo que debe realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del liquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie. 

 

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 

Flujo Multifásico en Tuberías 

- Capilaridad: es una propiedad de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del fluido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.   - Relación de solubilidad: La relación de solubilidad se define como el volumen de gas disuelto en un barril de aceite a condiciones estándar. - Viscosidad Dinámica: la viscosidad es la propiedad del fluido que define la

interacción entre las partículas en movimiento del fluido. Es la medida de resistencia al flujo de fluidos. La fuerza viscosa se debe a las fuerzas intermoleculares que actúan en el fluido. El flujo o tasa de deformación de los fluidos bajo tensión de corte es diferente para diferentes fluidos debido a la diferencia en viscosidad. Los fluidos con alta a lta viscosidad se deforman lentamente.  

PROPIEDADES  ADIMENSIONALES DE LOS FLUIDOS EN TUBERÍAS  Los parámetros sin dimensiones se utilizan para simplificar el análisis y describir la situación física sin referirse a las unidades. Una cantidad adimensional no tiene una unidad física asociada. Surgieron de las técnicas de análisis dimensional. Estos números tienen muchas aplicaciones en mecánica mecán ica de fluidos y por lo tanto son de suma importancia en los principios del flujo multifásico. 

 

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 

Flujo Multifásico en Tuberías 

Número de Reynolds 

El número de Reynolds (después de Osborne Reynolds, 1842-1912) se usa en el estudio de los flujos de fluidos. Compara la fuerza relativa de los efectos inerciales y viscosos.

El valor del número de Reynolds se define como:

donde ρ (rho) es la l a densidad, den sidad, μ  (mu) es e s la viscosidad absoluta, V   es la velocidad característica del flujo, y L es la longitud característica del flujo.

Flujo en Tuberías

El número de Reynolds también se puede transformar para tener en cuenta las diferentes condiciones de flujo. Por ejemplo, el número de Reynolds para el flujo dentro de una tubería se expresa como:

donde u es la velocidad promedio del fluido dentro de la tubería y d   es el diámetro interior de la tubería.

 

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 

Flujo Multifásico en Tuberías 

BIBLIOGRAFÍA  Brill, J. P. (1999). Multiphase Flow in Wells. Tulsa: SPE.  IISc, J. i. (s.f.). BASIC CONCEPTS AND PROPERTIES OF FLUIDS.  SLB. (s.f.). Oilfield Glossary . Obtenido de Oilfield Glossary: http://www.glossary.oilfield.slb.com/   WikiBooks. (s.f.). WikiBooks . Obtenido de WikiBooks: WikiBooks. https://en.wikibooks.org/wiki/Fluid_Mechanics/Fluid_Properties