Flujo Multifásico en Tuberías

Consideraciones Teóricas y Ecuaciones Básicas de Flujos Multifasicos, Monofásicos y Bifásicos

Flujo Multifásico en Tuberías

El flujo multifasico es el movimiento de las gas libre y el liquido, el gas puede estar mezclado, en forma homogénea con el liquido o formando un oleaje, donde el gas empuja el liquido desde atrás o encima de el, provocando en algunos casos, crestas en la superficie del liquido. Puede darse el caso en el cual el líquido y el gas se mueven en forma paralela, a la misma velocidad y sin perturbación relevante sobre la interface gas/ liquido. Cuando el fluido se desplaza desde el yacimiento hacia la superficie se pierde energía tanto en el flujo vertical, como el horizontal, esta energía la posee el fluido mientras se mantiene confinado en el yacimiento.

Se presentan algunas consideraciones teóricas requeridas para comprender el cálculo del flujo monofásico y multifasico en tuberías.

N de Reynolds =

En unidades practicas:

N de Reynolds=

Existe flujo laminar si el numero de Reynolds es menor de 2100 en caso contrario es turbulento.

Factor de Fricción en Flujo Laminar:

Para determinar el factor de fricción en flujo laminar, se utiliza una expresión analítica derivada igualando el gradiente de presión de POISEULLE con el termino del gradiente de fricción.

Ecuación de Poiseulle

V=

Obtenida integrando el perfil de la velocidad para este tipo de flujo en tubos capilares horizontales.

Factor de Fricción en Flujo Turbulento. Tuberías lisas.

Numerosas ecuaciones empíricas se han propuesto para producir el factor de fricción bajo condiciones de flujos turbulentos. En el caso de tuberías lisas las ecuaciones más utilizadas en sus rangos de aplicabilidad son:

Drew.Koo y Mc Adams:

F = 3000<NRe<3x

Blasius:

NRe

Como las paredes internas de una tubería no son normalmente lisas, es necesario utilizar ecuaciones que consideren la rugosidad de la pared interna de la tubería. En flujos turbulentos, la rugosidad puede tener un efecto significativo sobre el factor de fricción. La rugosidad de la pared, es una función del material de la tubería, del método del fabricante, la edad de la tubería y del medio ambiente a la cual está expuesta.

Factor de Fricción en Flujos Turbulentos .Tuberías rugosas.

El análisis dimensional sugiere que el efecto de la rugosidad no es debido a su valor absoluto relativo al diámetro interno de la tubería.

La región donde el factor de fricción varía con el número de Reynolds y la rugosidad relativa es llamada la región de transición o pared parcialmente rugosa.

Ecuación explicita de Fricción

Ecuación de Jaim: una de las ecuaciones explicitas para determinar el factor de fricción fue propuesta por jaim y comprobada en exactitud de la ecuación de colebrook,jaim encontró que para un rango de rugosidad relativa entre y , y un rango de # de Reinolds entre y , los errores estaban ± 1% comprobada a los valores obtenidos usando la ecuación colebrook.

Descripción de las Ecuaciones para Flujos Monofásicos

Es necesario analizar la ecuación de gradiente de presión dinámica para flujo de una sola fase para entender cada término antes de modificarlos para flujos bifásicos.

El componente que considera el cambio de elevación es cero para flujo horizontal únicamente.se aplica para flujos comprensibles e incomprensibles tanto para flujo vertical como inclinado.

Para flujos corriente abajo (inyección), el seno del ángulo es negativo y la presión hidrostática incrementa de flujo.

Si bien el flujo de una sola fase ha sido extensamente estudiado, todavía se considera un factor de fricción determinado empíricamente para cálculos de flujo turbulento.

Definiciones Básicas para Flujos Multifasicos

El conocimiento de la velocidad y de las propiedades de los fluidos tales como densidad y viscosidad son requeridos para los cálculos de gradiente de presión.

Viscosidad: la viscosidad del flujo es usada para calcular el número de Raynolds y otros números adimensionales usados como parámetros de correlación.

Densidad: la densidad total de líquido puede calcularse usando un promedio ponderado por volumen entre las dimensiones del petróleo y del agua, las cuales pueden ser obtenidas de correlaciones matemáticas.

Patrones de flujo

La diferencia básica entre flujo de una sola fase y bifásico es que en este último la fase gaseosa y líquida pueden estar distribuidas en la tubería en una variedad de configuraciones de flujo, las cuales difieren unas de otras por la distribución especial de la interfase, resultando en características diferentes de flujo tales como los perfiles de velocidad y hold up. La existencia de patrones de flujo en un sistema bifásico dado depende de las siguientes variables:

Parámetros operacionales, es decir, tasas de flujo de gas y líquido.

Variables geométricas incluyendo diámetro de la tubería y ángulo de inclinación.

Las propiedades físicas de las dos fases, tales como; densidades, viscosidades y tensiones superficiales del gas y del líquido.

La determinación de los patrones de flujo es un problema central en el análisis de flujo bifásico. Realmente todas las variables de diseño de flujo son frecuentemente dependientes del patrón de flujo existente. Las variables de diseño son la caída de presión, el hold up de líquido, los coeficientes de transferencia de calor y masa, etc. En el pasado, existieron desacuerdos entre los investigadores de flujo bifásicos en la definición y clasificación de los patrones de flujo. Algunos detallaron tantos patrones de flujo como fueron posibles; mientras otros trataron de definir un grupo con un mínimo de patrones de flujo. El desacuerdo fue principalmente debido a la complejidad del fenómeno de flujo y al hecho que los

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