FLUJO MULTIFASICO Instructor Ing. Edalfo Lanfranchi

FLUJO MULTIFASICO HORIZONTAL *** Flujo Multifasico Horizontal Edalfo Lanfranchi Published by The Little French eBooks Art Cover by The Little French eBooks Copyright 2015-Edalfo Lanfranchi License Notes Este ebook es para el disfrute personal sólo. Este ebook no puede ser revendidos o regalado a otras personas. Si quieres compartir este libro con otra persona, adquiera una copia adicional para cada persona con quien va a compartirlo. Si usted está leyendo este libro y no lo ha comprado o no lo ha comprado para su uso exclusivo, entonces por favor devolverlo a [email protected] y comprar su propia copia. Muchas gracias por el respeto a la ardua labor de este autor.

INDICE UNIDAD IVFLUJO MULTIFASICO HORIZONTAL IV.1Introducción IV.2Tipos de Flujo IV.3Métodos de Cálculo •Método de Lockhart y Martinelli •Método de Baker •Método de Eaton IV.4Factores que Afectan al Flujo Multifásico Horizontal IV.5Ejercicios

SECCION CUATRO FLUJO MULTIFASICO HORIZONTAL IV. 1 INTRODUCCIÓN El flujo multifásico horizontal representa para el ingeniero un problema complejo. La capacidad de predecir el comportamiento de un flujo bifásico (líquido-gas) es de gran interés para diferentes tipos de industrias. Uno de los aspectos más importantes y difíciles de calcular para este tipo de flujo es la caída de presión que ocurre durante el flujo de dos fases. Para el caso en el cual fluye un fluido únicamente, este problema ha sido resuelto en forma satisfactoria pero no lo ha sido para el caso de flujo bifásico. Normalmente no existe un sólo método que permita calcular bajo cualquier condición de flujo la caída de presión en flujo bifásico horizontal, algunos de los métodos dan buenos resultados para un tamaño de tubería y un tipo de flujo y mientras que otros se pueden utilizar para diferentes tamaños y diferentes tipos de flujo. Con el objeto de mejorar las correlaciones que se utilizan para obtener un mejor pronóstico de la caída de presiones en la tubería, los investigadores han dividido el flujo multifásico horizontal en diferentes grupos o regímenes de flujo. Bajo este esquema, fueron desarrolladas diferentes correlaciones que calculan la caída de presión para cada tipo de flujo. El problema en este caso se transforma en conocer cual es el tipo de flujo que se obtiene en la tubería bajo ciertas condiciones de flujo, en cual sector de la tubería se produce un cambio de patrón de flujo y cual es la correlación adecuada que permite obtener el mejor pronóstico en cada sector. Para ayudar a obtener una mejor explicación del problema se ha desarrollado un término denominado "Líquido retenido" (Liquid hold up). Este término se define como la fracción del volumen unitario de la tubería que está ocupado por la fase líquida fluyente. El conocimiento de este término a lo largo de la tubería permite el cálculo de la velocidad lineal de las dos fases en cada punto y de esta forma se puede obtener la diferencia de velocidad entre las dos fases. Esta diferencia de velocidad entre las dos fases es conocida como "Velocidad de deslizamiento". Debido a la diferencia de velocidad entre las dos fases, el gas al deslizarse sobre el líquido transmite energía a éste a través de la superficie de contacto de las dos fases. El buen conocimiento de este tipo de flujo y el pronóstico de su comportamiento es importante para la industria petrolera, en especial en el caso de desarrollo de campos costa afuera donde es necesario transportar los fluidos en forma bifásica por largas distancias. Uno de los elementos que complican grandemente el problema de pronosticar la caída de presión en flujo multifásico es la presencia de emulsiones de líquidos cuando en la fase líquida se encuentran más de un fluido. Este es el caso que tenemos para transportar agua y petróleo en presencia de la fase gaseosa, el gas. En esta situación todos los métodos de pronóstico pueden fallar y hacer imposible una evaluación de la traversia de

presiones con una exactitud aceptable. IV.2 TIPOS DE FLUJO Como ya se mencionó con anterioridad, es imposible pronosticar en una forma aceptable el comportamiento de un flujo multifásico a menos que se conozca el tipo de flujo que está presente en la tubería bajo ciertas condiciones dadas. Con el fin de uniformizar los criterios sobre este tema, a continuación se analizarán algunos de los tipos de flujo. Siguiendo los conceptos clásicos de flujo, el flujo bifásico (líquido-gas) se puede clasificar en: -

Ambas Fases tienen flujo Laminar Ambas Fases tienen el flujo Turbulento El Líquido tiene flujo Laminar y el Gas tiene flujo Turbulento El Líquido tiene flujo Turbulento y el Gas tiene flujo Laminar

Esta división del tipo de flujo bifásico en cuatro categorías ha demostrado que no es suficiente para caracterizar el flujo. Debido a esto, diferentes autores han subdividido el flujo bifásico en un intento de poder describirlo en una forma más o menos aceptable que permita la evaluación de su comportamiento de presiones y el pronóstico de éstas. La mayoría de los métodos de pronóstico disponibles no contemplan esta subdivisión sin embargo, algunos de ellos han logrado reproducirla en una forma aceptable. Los diferentes patrones de flujo que analizaremos son (Figuras IV-1 y IV-2): Flujo Disperso Este tipo de flujo se caracteriza por encontrarse el líquido disperso y atomizado en el gas. El líquido forma como una especie de nube o neblina dentro de la fase gaseosa. Flujo Anular Este tipo de flujo se caracteriza por tener una película de líquido que recubre las paredes de la tubería por la cual fluye esta fase, mientras que la fase gaseosa fluye por el centro de la tubería sin entrar en contacto con las paredes de la misma. Flujo Semianular Este flujo es muy similar al flujo anular y ocurre en aquellos casos donde existiendo una mayor cantidad de fase líquida. En este caso el flujo anular no se puede mantener y por efectos gravitacionales una mayor porción del líquido se encuentra en la parte inferior de la tubería desplazando el flujo del gas de la parte central hacia la parte superior.

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! Figura IV-01: Patrón de FlujoFigura IV-02: Patrón de Flujo

Flujo a Golpe Este flujo se ocasiona cuando una ola de líquido es levantada periódicamente por el gas, el cual se mueve más a una velocidad mayor que la del líquido, y transporta esta ola a lo largo de la tubería a una velocidad mayor que el resto del líquido. Este tipo de fluido ocasiona la fluctuación de la presión en el sistema en forma violenta. La reducción brusca de presión ocurre cuando la parte líquida que se mueve a la misma velocidad que el gas, reduce la presión en la parte anterior de la ola porque ella hace el efecto de pistón dentro de la tubería. Flujo de Onda Este tipo de fluido ocurre cuando las fases están estratificadas y la fase gaseosa se desplaza a una velocidad mayor que la fase líquida. Debido a esto, la zona de interfase es alterada por ondas de líquido generador por el gas de la misma forma que las ondas en el mar y las cuales se mueven en la misma dirección del gas. Las ondas son mayores a medida que aumenta la velocidad relativa del gas con respecto al líquido.