Flujo multifásicoo

Vista previa del material en texto

Flujo Multifásico en Tuberías
El flujo multifásico y trifásico en tuberías se refiere al movimiento de mezclas de fluidos (como gas, líquido y sólido) a través de conductos o tubos. El flujo multifásico puede ser de dos fases (como gas-líquido) o de tres fases (como gas-líquido-sólido). El análisis del flujo multifásico es importante para la industria petrolera, ya que permite optimizar la producción y el transporte de hidrocarburos. 
El flujo multifásico se desplaza a través de la tubería vertical y horizontal, el cual comprende el estrangulador, la línea de flujo, hasta llegar al separador y los tanques de almacenamiento. El flujo multifásico de gas y líquido, ocurre frecuentemente durante la fase de extracción de petróleo, en el área química y en industrias que guarden relación con dichos parámetros.
Durante el trayecto de el flujo vertical y horizontal, la producción del pozo puede encontrar restricciones por la existencia de válvulas, reducción de tuberías y los necesarios estranguladores de flujo.
correlaciones de flujo multifásico en tuberías verticales.
Los estudios realizados en el comportamiento de flujo multifásico en tuberías verticales tienen como objetivo predecir el gradiente de presión a través de la tubería de producción, debido a la importancia que tienen para la industria petrolera.
 Los factores más importantes tomados en cuenta son: el cálculo de la densidad de la mezcla, el factor de entrampamiento de líquido (Holp Up), regímenes de flujo, factor de fricción, entre otros.
Correlación DUNS & ROS (1963): 
Observaron la influencia de los patrones de flujo en el comportamiento del mismo, desarrollando una correlación para la velocidad de deslizamiento de las fases. Presentaron además relaciones para hallar la densidad de la mezcla y factor de fricción de acuerdo al régimen de flujo existente.
El flujo horizontal bifásico es tan complejo como el flujo bifásico vertical, y para el diseño de tuberías de gran longitud es crucial conocer las caídas de presión a lo largo de ellas. Predecir estas caídas de presión en una mezcla de gas y líquido en un conducto cerrado es uno de los mayores desafíos de ingeniería.
Durante más de 30 años, diversos autores han buscado correlaciones que permitan predecir estas caídas de presión en el flujo bifásico en conductos cerrados. Estas caídas de presión son significativamente diferentes a las que ocurren en el flujo de una sola fase debido a la presencia de una interfase entre el gas y el líquido. El gas se desliza en el líquido, y la interfase puede ser lisa o irregular dependiendo del régimen de flujo existente. Las caídas de presión pueden llegar a ser de 5 a 10 veces mayores que las que se dan en el flujo monofásico.
CORRELACIONES DE FLUJO MULTIFASICO HORIZONTAL
Es una de las ecuaciones mas utilizadas y cubre varios rangos de tasas y diámetros internos de la tubería. Desarrollaron un esquema para caídas de presión en tuberías inclinadas y horizontales para flujo multifásico. Establecieron ecuaciones según los regímenes de flujo segregado, intermitente y distribuido para el cálculo del factor de entrampamiento líquido y definieron el factor de fricción bifásico independientemente de los regímenes de flujo.
Correlación BEGGS & BRILL (1973): 
Un flujo multifásico de agua y gas fluye por una tubería horizontal de 50 metros de longitud y 0.1 metros de diámetro interno. El caudal de agua es de 0.2 m³/s y el caudal de gas (por ejemplo, metano) es de 0.15 m³/s. Las propiedades físicas del agua son las siguientes:
Densidad del agua: 1000 kg/m³
Viscosidad dinámica del agua: 0.001 Pa/s
Tensión superficial del agua: 0.0725 N/m
Las propiedades físicas del gas (metano) son:
Densidad del gas: 0.657 kg/m³
Viscosidad dinámica del gas: 1.5 × 10^(-5) Pa/s
Ejercicio: 
Calcule la velocidad media del flujo y el caudal másico para ambas fases. Asuma que la mezcla de agua y gas es homogénea.
Solución: Paso 1: Calcular la velocidad media del flujo La velocidad media del flujo se puede calcular usando el caudal y el área de la tubería. La sección transversal de la tubería es circular, por lo que el área se calcula con la fórmula del área de un círculo: 
A = π * (diámetro/2)^2.
Área de la tubería (A) = π * (0.1 m / 2)^2 = 0.00785398 m²
Velocidad media del flujo (V_media) = Caudal / Área de la tubería 
V_media = (0.2 m³/s + 0.15 m³/s) / 0.00785398 m² 
V_media = 44.563 m/s
Paso 2: Calcular el caudal másico para cada fase El caudal másico para cada fase se puede calcular utilizando la siguiente fórmula: 
Caudal másico = Densidad * Caudal
Caudal másico de agua = 1000 kg/m³ * 0.2 m³/s = 200 kg/s 
Caudal másico de gas (metano) = 0.657 kg/m³ * 0.15 m³/s = 0.09855 kg/s