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Patrones de Flujo en Tuberias, Apuntes de Flujo de Agua Subterránea y Transporte de Contaminantes

El documento describe los diferentes patrones de flujo que podemos encontrar en las tuberias

Tipo: Apuntes

2020/2021

Subido el 16/04/2021

Esteban2105
Esteban2105 🇲🇽

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PATRONES EN EL FLUJO MULTIFASICO.
Los patrones de flujo son las distintas configuraciones que se forman al unir dos o s
fases por una tubería. Se han estudiado de manera teórica como experimentalmente con
la finalidad de explicar el comportamiento y sus ventajas y desventajas en el transporte de
hidrocarburos.
Las variables que influyen en el comportamiento del flujo son:
Inclinación de la tubería
Cantidad de agua en la tubería
Diámetro de la tubería
Velocidad de cada fase
Propiedades de los fluidos
Los patrones de flujo multifásico se clasifican en:
Patrones de flujo en tuberías horizontales.
Los patrones presentes en tuberías horizontales se muestran en la Figura siguiente. La
hidrodinámica de estos patrones se complica debido a la asimetría de las fases, resultante
de la fuerza gravitatoria. Dentro de la industria petrolera, este tipo de patrones son
observados en las líneas de flujo que conectan los cabezales de pozo con los tanques
separadores. Los factores presentes en tuberías horizontales son los siguientes:
Flujo Disperso-Burbujas (DB). Este patrón en tuberías horizontales solo presenta el
patrón burbuja dispersa donde el líquido es la fase continua, mientras que el gas se
encuentra disperso en forma de pequeñas burbujas. Este tipo de patrón aparece a
altos caudales de líquido, en donde las fuerzas turbulentas impiden la coalescencia
de las burbujas para conformar paquetes grandes de gas. La transición hacia este
patrón se produce, cuando las grandes burbujas, por efecto de la flotación,
empiezan a posicionarse en la parte superior de la tubería; al elevar el caudal de
líquido estos paquetes de gas se destruyen, dando paso a las burbujas discretas.
Estas se posicionan también en el tope de la tubería; a medida que la velocidad
aumenta se van distribuyendo más uniformemente a lo largo de la misma.
Flujo Estratificado (ST): las dos fases fluyen por separado debido al efecto
de la gravedad. El líquido se ubica en el fondo de la tubería mientras que el gas lo
hace en el tope. Esta clase de patrón tiene lugar a bajos caudales tanto de gas como
de líquido. Se subdivide en dos regiones: estratificado liso y estratificado ondulado,
dependiendo de la presencia o no de ondulaciones en la interfase. Cabe de destacar
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PATRONES EN EL FLUJO MULTIFASICO.

Los patrones de flujo son las distintas configuraciones que se forman al unir dos o más fases por una tubería. Se han estudiado de manera teórica como experimentalmente con la finalidad de explicar el comportamiento y sus ventajas y desventajas en el transporte de hidrocarburos. Las variables que influyen en el comportamiento del flujo son:

  • Inclinación de la tubería
  • Cantidad de agua en la tubería
  • Diámetro de la tubería
  • Velocidad de cada fase
  • Propiedades de los fluidos Los patrones de flujo multifásico se clasifican en: Patrones de flujo en tuberías horizontales. Los patrones presentes en tuberías horizontales se muestran en la Figura siguiente. La hidrodinámica de estos patrones se complica debido a la asimetría de las fases, resultante de la fuerza gravitatoria. Dentro de la industria petrolera, este tipo de patrones son observados en las líneas de flujo que conectan los cabezales de pozo con los tanques separadores. Los factores presentes en tuberías horizontales son los siguientes:
  • Flujo Disperso-Burbujas (DB). Este patrón en tuberías horizontales solo presenta el patrón burbuja dispersa donde el líquido es la fase continua, mientras que el gas se encuentra disperso en forma de pequeñas burbujas. Este tipo de patrón aparece a altos caudales de líquido, en donde las fuerzas turbulentas impiden la coalescencia de las burbujas para conformar paquetes grandes de gas. La transición hacia este patrón se produce, cuando las grandes burbujas, por efecto de la flotación, empiezan a posicionarse en la parte superior de la tubería; al elevar el caudal de líquido estos paquetes de gas se destruyen, dando paso a las burbujas discretas. Estas se posicionan también en el tope de la tubería; a medida que la velocidad aumenta se van distribuyendo más uniformemente a lo largo de la misma.

• Flujo Estratificado (ST): las dos fases fluyen por separado debido al efecto

de la gravedad. El líquido se ubica en el fondo de la tubería mientras que el gas lo hace en el tope. Esta clase de patrón tiene lugar a bajos caudales tanto de gas como de líquido. Se subdivide en dos regiones: estratificado liso y estratificado ondulado, dependiendo de la presencia o no de ondulaciones en la interfase. Cabe de destacar

que, en el flujo estratificado ondulado, la fase gaseosa se mueve a una velocidad mayor.

  • Flujo Intermitente (I). Flujo intermitente se caracteriza por un flujo alternativo de líquido y gas. Tapones o baches de líquido que llena la tubería de toda la sección transversal, están separados por bolsas de gas, que contienen un líquido de capas estratificadas que fluye a lo largo de la parte inferior de la tubería. El patrón de flujo intermitente se divide patrones Slug (SL) y alargado-burbuja (EB). El comportamiento del flujo de los patrones Slug y la burbuja alargada-son el mismo mecanismo con respecto al flujo intermitente.
  • Flujo Anular (A). Flujo anular se produce a velocidades de flujo muy altos de gas. Los flujos de la fase gaseosa en un núcleo de alta velocidad, que puede contener gotas de líquido retenido. El líquido fluye como una película delgada alrededor de la pared de la tubería. La interfase es muy ondulada, lo que resulta en un esfuerzo de corte interfacial alta. La película en la parte inferior es generalmente más gruesa que en la parte superior, dependiendo de la magnitud relativa del gas y las tasas de flujo del líquido. En las menores tasas de flujo de gas, la mayoría de los flujos el líquido van en la parte inferior de la tubería, mientras que las ondas inestables gaseosas son barridos en la periferia de tuberías y ocasionalmente se humectan en la pared del tubo superior. Este flujo se produce en el límite de transición entre un flujo estratificado- ondulado, Slug y anular.

asociado a una estructura ondulada interfacial, lo que resulta en un alto esfuerzo cortante interfacial en un flujo vertical, el espesor de la película de líquido alrededor de la pared del tubo es aproximadamente uniforme.

  • Dispersas-de flujo mediante burbujas (DB). Al igual que en el caso de flujo horizontal, el flujo de burbujas dispersas en tuberías verticales y fuertemente inclinado se produce a velocidades de flujo relativamente altas del líquido, las condiciones en que el su proceso se dispersa en forma de burbujas de forma continua en la fase líquida. Para este patrón de flujo, el dominante en fase líquida lleva las burbujas de gas, y no tiene lugar el deslizamiento entre las fases. Por lo tanto, el flujo se considera homogéneo antideslizante. Patrones de flujo en tuberías inclinadas. En tuberías inclinadas eventualmente se podrán encontrar todos los patrones de flujo definidos anteriormente, tanto para tuberías horizontales como para verticales. Algunos autores han considerado, por ejemplo, que para ángulos comprendidos entre − 100 ≤ θ ≤ 100 , el flujo se puede considerar como horizontal; y para ángulos entre − 900 ≤ θ ≤ −700 y 700 ≤ θ ≤ 900 el flujo se puede considerar como vertical. Cumpliéndose todas las descripciones y modelos desarrollados para ellos.

FUENTE BIBLIOGRAFIACAS.

  • https://sites.google.com/site/flujomultifasicogasliquido2017/definiciones-de- patrones-de-flujo-y-clasificaciones
  • https://epmex.org/news/2020/04/25/flujo-de-fluidos-en- tuberias/#:~:text=Los%20patrones%20de%20flujo%20multif%C3%A1sico,Flujo% 0multif%C3%A1sico%20horizontal
  • http://oilproduction.net/files/TIE02_200603.pdf