PATRONES DE FLUJO El flujo multifásico es definido como el flujo simultáneo de numerosas fases, siendo el flujo bifásico el caso mas simple. Las variables mas importantes manejadas en este estudio son: flujo volumétrico de gas y líquido, propiedades físicas de las fases, diámetro e inclinación de la tubería, presión de operación, hold-up, caída de presión y régimen de flujo. Este último ha sido la variable mas importante de estudio, debido a que ésta afecta directamente los valores de hold-up y caída de presión. El hold-up se define como la relación de volumen ocupado por un gas en un segmento de tubería y el volumen total del segmento de la misma. El uso, medida y cálculo del hold-up ha tenido profundos cambios durante el tiempo. De todos los métodos que existen el mas usado, simple y preciso, ha sido el método de cierre rápido de válvula de bola. Varios autores lo han usado para obtener correlaciones empíricas para el cálculo del hold-up, como las correlaciones de Beggs and Brill, quienes trabajaron con tuberías de 1 a 11/2 pulgadas y 90 pies de longitud, variando e l ángulo de inclinación de la mismas desde –90º h
Parámetros o regímenes de flujo en tuberías verticales, horizontales e inclinadas. Los patrones de flujo son las distintas configuraciones que forman dos más fases al fluir juntas por un conducto co nducto. Estos han sido estudiados tanto teórica como experimentalmente con el objetivo de explicar sus ventajas y desventajas en el transporte de crudos.
• Patrones de flujo en tuberías horizontales: 1. Flujo Estratificado: esta se caracteriza por la perfecta por la perfecta separación de las fases liquida y gaseosa por efecto de la gravedad y bajos flujos. La fase liquida fluye por la parte inferior de la tubería mientras que el gas viaja por la parte superior. Este patrón se subdivide en estratificado laminar, donde la interfase gas-liquido es lisa y estratificado ondulado, dond e se producen ondas estables en la superficie producto de una tasa mayor de gas. 2. Flujo intermitente: se caracteriza por la formación de tapones de líquido y gas, resultado de la coalescencia de las burbujas de gas a medida que aumenta el flujo del mismo. Este se subdivide en burbuja alargada y slug, estos dos patrones se diferencian en la frecuencia y tamaño de las burbujas, ya que el primero presenta burbujas, mas largas y con menor frecuencia que el régimen slug, además tiene menor cantidad de burbujas de gas en el tapón liquido. 3. Flujo anular: ocurre a flujos elevados de gas, este se desplaza a alta velocidad por el centro de la tubería empujando el líquido hacia las paredes y forman así una d elgada película anular. cuando los flujos de gas son bajos gran parte del liquido se desplaza p or el fondo de la tubería y se forman ondas inestables que mojan ocasionalmente la pared superior de la tubería, en este caso se denomina flujo anular ondulado. 4. Flujo disperso: en este caso el gas viaja en forma de ge burbujas debido a la elevada velocidad. La mayor parte de las burbujas se encuentran en la parte superior de la tubería y se van colocando de manera uniforme en el área transversal conforme aumenta el flujo del
líquido. Para el flujo disperso existen cuatro sub-patrones: 1. Dispersión de aceite en agua: el flujo dominante es el agua. Existe una dispersión de aceite en agua en el tope de la tubería, y en el fondo fluye una capa estratificada. 2. Emulsión de aceite en agua: se observan flujos, y el agua es la fase dominante. Se produc e una fase discontinua de gotas muy finas que están totalmente dispersas a lo largo de toda la sección transversal de la tubería. 3. Dispersión de agua en aceite y aceite en agua: el líquido dominante es el aceite. Por el tope de la tubería fluyen gotas de agua dispersas en aceite, y por el fondo fluye una capa de agua con gotas de aceite dispersas en ella. 4. Emulsión de agua en aceite: ocurre a grandes caudales de aceite (fase dominante) y se observa como el agua se distribuye en gotas en toda el área transversal de la tubería.
• Patrones de flujo en tuberías verticales: 1. Flujo de burbuja: la tubería se encuentra llena de liquido y la fase de gas libre se presenta en pequeñas burbujas las cuales se mueven a diferentes velocidades exceptuando aquellas que por su densidad tienen pequeños efectos en el gradiente de presión.la presión de la tubería esta siempre en contacto con la fase liquida. 2. Flujo Slug: la fase gaseosa es más significativa. Sin embargo la fase liquida sigue siendo continua, las burbujas de gas coalescen y forman tapones o slugs los cuales ocupan prácticamente toda la sección transversal de la tubería. El líquido que rodea la burbuja puede moverse a bajas velocidades en forma descendente. El gas y el líquido tienen efectos significativos en la caída de presión. 3. Flujo de transición o churn: es cuando ocurre el cambio de la fase liquida continua a la fase de gas continua. Las burbujas de gas pueden unirse y el líquido puede entrar en la burbuja. Aunque los efectos del líquido son significantes, dominan los de la fase gaseosa. 4. Flujo Anular: la fase gaseosa es continua y la mayor parte del liquido se introduce en esta forma de gotitas, la pared de la tubería está cubierta por una película de liquido y la fase gaseosa controla la caída de presión.
• Patrones de flujo tubería inclinada:
1. Flujo Anular: como en el caso del flujo horizontal, este flujo se caracteriza por un movimiento rápido en el centro gaseoso con entrada de gotas líquidas y un bajo movimiento de la película líquida alrededor de la pared de la tubería. El flujo está asociado con una estructura de onda interfacial, que resulta en una alta tensión de c orte interfacial.
2. Flujo Revuelto (Churn (CH)). este patrón de flujo es caracterizado por un movimiento oscilatorio de la fase líquida. El flujo Revuelto es similar al flujo Bache, pero se ve m ucho más caótico, sin límites limpios entre las dos fases. Esto ocurre a altas tasas de flujo de gas, donde el bache líquido recorre la tubería volviéndose espumoso. Los baches estallan a través de la fase gaseosa, y entonces ellos se rompen, cayendo hacia atrás, y emergiendo con el siguiente bache. Como resultado de esto, la burbuja Taylor en forma de bala es destruida y ocurre un remolino. Colgamiento de líquido Es la fracción de líquido, definida como la razón del volumen de un segmento de tubería ocupado por el líquido con respecto al volumen total de la tubería. Varía a partir de cero para flujo monofásico de gas hasta uno para cuando se tiene flujo de líquido únicamente. Colgamiento de gas El remanente del segmento de tubería es ocupado por gas, el cual es referido con un colgamiento de gas y es igual a la unidad menos el colgamiento de líquido. Colgamiento de líquido sin resbalamiento La fracción de líquido sin resbalamiento, también conocido como colgamiento sin resbalamiento o contenido de líquido de entrada, es definida como la razón del volumen de líquido en un segmento de tubería dividido para el segmento de tubería, considerando que el gas y el líquido viajaran a la misma velocidad. RESBALAMIENTO Generalmente, la velocidad con que fluye el gas es diferente de la velocidad con que fluye el líquido, propiciando un “resbalamiento” entre las fases. El término “resbalamiento” se usa para describir el fenómeno natural del flujo a mayor velocidad
de una de las dos fases. Las causas de este fe nómeno son diversas; la resistencia al flujo por fricción es mucho menor en la fase gaseosa que en la fase liquida. La diferencia de compresibilidad entre el gas y el líquido, hace que el gas en expansión viaje a mayor velocidad que el líquido. Cuando el líquido viaje a menor velocidad que el gas en el primer caso y a mayor en el segundo.
