Estudio experimental de patrones de flujo bifásico gas-líquido en tuberías horizontales y ligeramente inclinadas

Abstract

El flujo bifásico es encontrado frecuentemente en la industria petrolera, química, nuclear, en plantas termoeléctricas, etc. En la industria petrolera el flujo de gas y de líquido a lo largo del sistema de producción puede ser cualquier combinación de una fase de gas natural, una fase líquida de hidrocarburo y una fase de agua, con características únicas que crean complicaciones que no se encuentran en otras industrias. El estudio experimental de este tipo de flujo contribuye de manera efectiva a la comprensión de este fenómeno. Por otra parte, la adquisición de datos experimentales es necesaria para el desarrollo y/o validación de modelos y correlaciones que permitan cuantificar los parámetros necesarios para el diseño de procesos y equipos donde este tipo de flujo esté presente. El objetivo general de esta investigación es realizar un estudio experimental y teórico para evaluar diferentes modelos empíricos y mecanicistas comúnmente utilizados para predecir patrones de flujo bifásico isotérmico permanente de gas y de líquido en tuberías horizontales y ligeramente inclinadas. Para la consecución de este objetivo el trabajo se desarrolla en dos etapas claramente definidas. La primera etapa conduce a la construcción de un circuito experimental capaz de operar con flujo bifásico de gas y de líquido en tuberías para cualquier ángulo de inclinación, mientras que la segunda etapa está dirigida a realizar un estudio experimental de patrones de flujo bifásico de gas y de líquido en tuberías horizontales y ligeramente inclinadas. Se realizaron 740 experimentos de flujo bifásico aire-agua de los cuales 191 corresponden a tubería horizontal, 302 corresponden a flujo ascendente para inclinaciones de 1, 5 y 10 grados y 247 corresponden a flujo descendente para inclinaciones de -1, -5 y -10 grados. Las distribuciones espaciales de los experimentos incluyen los patrones de flujo estatificado liso y ondulado, flujo tapón, flujo anular y flujo burbuja dispersa. Se desarrollan mapas de patrones de flujo experimentales para cada ángulo de inclinación y se evalúa la precisión de las predicciones de 5 modelos mecanicistas y 2 modelos de correlación utilizados comúnmente en la literatura especializada para determinar patrones de flujo bifásico de gas y de líquido en tuberías. En general los modelos seleccionados tienen un porcentaje de acierto mayor de 68 % con respecto al patrón de flujo experimental.