Estudio del flujo anular en sistemas gas – líquido en tubería horizontal

Abstract

Los sistemas de flujo bifásico gas-líquido, pueden generar diferentes distribuciones espaciales de las fases, de acuerdo a la relación de flujo que esté presente en la tubería. Para algunas distribuciones de fases o patrones de flujos ya se posee un conocimiento amplio sobre las variables que afectan los mecanismos del flujo y la manera como la masa, la cantidad de movimiento y la energía son transportados e intercambiados entre las fases. Este conocimiento se ve reflejado en la predicción acertada del gradiente de presión en la tubería (error < 15%), error correspondiente a flujos intermitentes y dispersos. Sin embargo, en los patrones de flujo segregados (estratificado y anular), aunque en la actualidad existen modelos que tratan de describir la fluidodinámica de estos patrones de flujo (Xiao et al. (1990); Ouyang (1998); Gómez et al. (1999); Holden (2002) y Padrino et al. (2002)), los errores que se obtienen en la predicción del gradiente de presión superan el 60%. Esto se corroboró observando el desempeño de los modelos, con una base de datos de aproximadamente 240 puntos experimentales identificados como flujo anular. En las líneas de transporte de gas de la industria petrolera, se encuentra la presencia de condensados y agua, que generalmente se desplazan como flujos segregados, este hecho impulsó que en la presente investigación se estudiara el patrón de flujo anular empleando diferentes correlaciones para el estudio de las variables que intervienen en la fluidodinámica del patrón de flujo, como lo son: el factor de fricción entre el líquido y la pared, el factor de fricción en la interfaz gas–líquido, el arrastre de gotas de líquido por la corriente de gas; y se considerara la excentricidad de la película de líquido. El modelo propuesto en la presente investigación se contrastó con una base de datos de 240 puntos, cuya velocidad superficial del líquido se encuentra entre 0.003-5.96 m/s, la velocidad superficial del gas entre 9-69.6 m/s, viscosidad del líquido entre 1- 1200 cP y diámetros de tubería entre 0.0261 m y 0.0953 m. Con el modelo propuesto se disminuyó el error en la predicción del gradiente de presión en la tubería en aproximadamente a la mitad, respecto a los modelos que en la actualidad se utilizan para el diseño y evaluación de tuberías.