Fundamentos de flujo multifasico.

1. Fundamentos de
flujo Multifásico
Variables

2. Fundamentos de
flujo Multifásico
Universidad Autónoma de Tamaulipas
Reynosa-Rodhe
Alumnos:
Cruz Jahuey Miguel Ángel
Cuellar García Juan Cecilio
De León Hernández Oziel Daniel
Martínez López Luis Jorge
Martínez Martínez Esteban
Serna López Karla María
Carrera: Ing. Petrolero. Equipo: 7
Grado: 6to. Semestre.
Materia: Flujo Multifásico en Tuberías.
Catedrático: Ing. Hugo Herrera Pilotzi.
Fecha de entrega: jueves 09 de Febrero del 2017.
Matrícula:
2143720190
2143720189
2143720164
2133710170
2143720165
2143720197

3. Índice
O Portada…………………………………………………………………………………
………………………...2
O Índice…………………………………………………………………………………
…………………………...3
O Introducción……..…………………………………………………….....................
...............…..…...4
O Desarrollo…………………..…………………………………………………………
…………………...5-38
-Clasificación de flujo
-Variables
-Ecuación general de la energía
-Ecuaciones fundamentales
-Flujo de líquido (Pérdidas por fricción, Pérdidas de energía por
fricción, Ecuación de Darcy, Fanning, Factor de fricción, Número de
Reynolds, Rugosidad, Eficiencia de flujo).
-Flujo de gas (Número de Reynolds para gas, Eficiencia de flujo,
Colgamiento de líquido, Resbalamiento, Colgamiento del líquido sin
resbalamiento, Velocidades superficiales, Velocidad de la mezcla, Densidad
de la mezcla de fluido, Gasto másico, Viscosidad de la mezcla).
O Conclusión……………………………………………………………………………
…………...………....39
O Bibliografía……………………………………………………………………………
….……………….…..40

4. Introducción
OEl flujo multifasico es el movimiento
de gas libre y líquidos a través de
Tuberias, este puede desplazarse en
cualquier dirección. El gas y liquido
pueden encontrarse tanto en una
mezcla homogénea como en liquido
con empuje de gas.
Cuellar García

5. Clasificación de flujo
De acuerdo al número de fases se pueden clasificar en:
O Monofásico:
-Gas
-Liquido
O Multifásico:
-Bifásico(Gas-Liquido, Gas-Solido, Liquido-Liquido,
etc)
-Trifásico(Gas-Liquido-Sólido, Gas-Líquido-Líquido,
etc)
-Multifario(Gas-Líquido-Líquido-Sólido)

6. Variables

8. Ecuación general de la energía
O La ecuación general que gobierna el flujo de fluidos atreves
de una tubería, se obtiene a partir de un balance
macroscópico de la energía asociada ala unidad de masa de
un flujo, que pasa a través de un elemento aislado del
sistema

9. Ecuaciones Fundamentales
O En el flujo multifasico se ven involucradas diferentes
variables como:
-Gastos de flujo
-Diámetros de la tubería
-Propiedades físicas y ángulos de inclinación de las
tuberías.
-Los patrones de flujo.
-El deslizamiento entre fases.
-El movimiento en la interface gas-liquido y la
posible transferencia de calor y masa.

10. Flujo de Liquido
De León Hdz.

11. Pérdidas por fricción
O Las perdidas de presión por fricción, en
tuberías, han sido determinadas
experimentalmente por varios
investigadores.
O Los resultados de esta experimentación
constituyen la base de formulas que
actualmente son empleadas en el
dimensionamiento de líneas.

12. Pérdidas de energía por
fricción
Son las pérdidas de energía del fluido necesarias para vencer
la fricción debido al rozamiento que experimentan las
moléculas del fluido con la pared interna de la tuberia.
Pueden ser de 3 tipos:
O Régimen laminar: Las partículas del fluido se mueven en
línea recta paralela al eje de la tuberia.
O Régimen de transición: Transición entre flujo laminar y
turbulento, ocurre debido a cambios en el diámetro de la
tuberia o derivaciones.
O Régimen turbulento: Las partículas se mueven de manera
caótica, formando torbellinos y vórtices la fricción es
ocasionada debido ala rugosidad de la tuberia.

13. Ecuación de Darcy
“El flujo de los fluidos en tuberías esta siempre
acompañado de un rozamiento de las partículas del
fluido entre si y, consecuentemente, por la perdida
de energía disponible”; en otras palabras, tiene que existir
una perdida de presión en el sentido del flujo.

14. La ecuación de Darcy es valida tanto para flujos
turbulentos como laminares de cualquier liquido en
una tubería. Con las restricciones necesarias la
ecuación de Darcy puede utilizarse con gases y
vapores.

15. Ecuación de Fanning
Una ecuación similar fue establecida posteriormente
por Fanning, quien obtuvo valores de f, cuatro veces
menores que los de Darcy, esta diferencia se debe
al uso del radio hidráulico en el lugar del diámetro de
la tubería, su formula es:

16. Donde:
Pt= Caída de presión
Vr=Densidad relativa del liquido
h=Diferencia de altura
q = Gasto de liquido (bpd)
L = Longitud de la tubería (millas)
d = Diámetro de la tubería (pg)
Martínez
Martínez

17. Factor de fricción
O El factor de fricción es determinado experimentalmente.
Este factor en condiciones de flujo laminar (Re<2000)
es función solo del numero de Reynolds; mientras que
para flujo turbulento (Re>4000) es también función del
tipo de pared de la tubería.
O La región de la “Zona Critica” o de “transición” (para
valores de Re entre 2000 y 4000) el flujo puede ser
tanto laminar como turbulento, dependiendo de varios
factores.

18. Número de Reynolds
Para calcular el factor de fricción, es necesario
determinar el régimen de flujo (laminar o turbulento),
Reynolds estableció experimentalmente un
parámetro para determinar esto, y se le conoce
como “Numero de Reynolds”.
Donde:
-Re= numero de Reynolds
-P= densidad del fluido
-D= diámetro de la tubería
-u= Viscosidad del fluido
-Vs= Velocidad del fluido.
Flujo laminar Nre<
2300
Flujo turbulento Nre 3100

19. Rugosidad
La rugosidad de una tubería, es una
característica de su superficie, la cual está
constituida por pliegues o crestas unidas,
formando una superficie homogéneamente
distribuida y depende del tipo de material que se
emplee en la construcción.

20. Eficiencia de Flujo
La rugosidad en las tuberías depende de
los procesos empleados en su fabricación,
grado y tamaño.
Los efectos de corrosión, erosión e
incrustamientos que ocurren en las tuberías
de operación, también afectan las
condiciones de flujo. Por lo tanto los gastos
calculados mediante las correlaciones
raramente concuerdan con los medidos.

21. Para compensar esta imprecisión, generalmente se
introduce un factor de eficiencia.
Donde:
-Pt= Caída de presión
-vr=Densidad relativa del liquido
-h=Diferencia de altura
-q = Gasto de liquido (bpd)
-L = Longitud de la tubería (millas)
-d = Diámetro de la tubería (pg)
-E= Factor de eficiencia
-f= Factor de fricción.

22. O Diámetro de la tubería:
O Gasto de la misma:
Donde:
-Pt= Caída de presión
-vr=Densidad relativa del liquido
-h=Diferencia de altura
-q = Gasto de liquido (bpd)
-L = Longitud de la tubería (millas)
-d = Diámetro de la tubería (pg)
-E= Factor de eficiencia
-f= Factor de fricción.
Serna López

23. Flujo de gas

24. O Para el gasto:
O Para el Diámetro:
Donde:
-qg=gasto de gas
-L=longitud de la tubería
-P1P2=presiones
-vg=densidad relativa del gas
-h=altura
-d=diámetro
-To=Temperatura
-Z=factor de compresibilidad
-f=fricción

25. Número de Reynolds para
gas
Donde:
d=diámetro
v=volumen
p’=densidad
u’=viscosidad
vg=densidad relativa del gas
Bg=factor volumétrico del gas

26. Finalmente la expresión del numero de Reynolds
queda:
Donde:
Nreg=numero de Reynolds
qg=gasto de gas
Vg=Densidad relativa del gas
d=diámetro
ug=Viscosidad del gas
Sustituyendo:

27. Eficiencia de flujo
O De igual forma que en las tuberías con flujo de
líquidos, la eficiencia es un factor de ajuste para
compensar los efectos de la erosión, corrosión,
etc.
O Los valores mas comunes de eficiencia (E) para
flujo de gas son :

28. Colgamiento del líquido
O Definido como la razón del volumen de un
segmento de tubería ocupado por líquido al
volumen total del segmento de tubería.
O Depende de la cantidad de gas y líquido que
fluyen simultáneamente en la tubería, por lo que
si la mezcla es homogénea el colgamiento será
despreciable.
O Ocurre cuando la fase liquida dentro de la tubería
viaja a una menor velocidad que la fase gaseosa,
provocando un resbalamiento entre fases.
Martínez López

29. Donde:
-HL: Colgamiento del líquido
-HG: Colgamiento de gas
-VL: Volumen del liquido en la sección de
tubería
-Vp: Volumen de la sección de tubería
La fórmula
del
colgamiento
del líquido
es:
El remanente del segmento
de tuberia ocupado por gas
es referido como colgamiento
de gas.

30. Resbalamiento
Se usa para describir el fenómeno natural de flujo de
mayor velocidad de una de las fases, este fenómeno
es inevitable a cualquier ángulo de inclinación, y las
casas pueden ser las siguientes:
-Diferencia de compresibilidad entre el gas y el
liquido.
-Resistencia de flujo por fricción.
-Flujo ascendente y descendente.

31. Colgamiento de líquido sin resbalamiento
Razón del volumen del liquido en un segmento de
tuberia dividido por el volumen del segmento de
tubería, suponiéndose que el gas y el liquido viajan a
la misma velocidad.
La expresión esta dada en función de los gastos
conocidos, y esta expresada de la siguiente manera.
Donde:
-qg: tasa de flujo de gas.
-ql: tasa de flujo de liquido.
-Vsl: velocidad superficial del liquido
-Vm: velocidad superficial bifásica.

32. Mientras que el colgamiento de gas sin
deslizamiento es definido como:
Donde:
-qg: tasa de flujo de gas.
-ql: tasa de flujo de liquido.

33. Velocidades superficiales
Es la velocidad que tendría cualquiera de las faces si
ocupara toda la tubería. Se define por las expresiones
siguientes:
Donde:
Vsl=Velocidad del liquido
Vsg=Velocidad del gas
qo=Gasto
Bo=Factor volumétrico del aceite
d= Diámetro de la tubería
Ap= Area de sección transversal de la tubería.

34. Velocidad de la mezcla
(Vm)
Es la velocidad real de cada una de las fases se
puede conseguir aplicando el colgamiento:
Cruz Jahuey

36. Densidad de la mezcla de fluido
O La densidad real de la mezcla de fluidos se obtiene
a partir del colgamiento con :
O Algunos autores calculan la densidad de la mezcla
sin considerar el resbalamiento entre fases, esto es
:
Donde:
-Pm=densidad de la mezcla
-Pl=densidad del liquido
-Hl=Colgamiento del liquido
-Pg=densidad del gas

37. Gasto másico
El gasto másico, flujo másico o caudal másico es la
magnitud física que expresa la variación de la masa
con respecto al tiempo en un área especifica.
En el sistema internación se mide en unidades
kilogramos/segundos, mientras que en el sistema
ingles en lb/seg. Se define de la siguiente forma:

38. Viscosidad de la mezcla
Su formula es:
Donde:
um=viscosidad de la mezcla
uL=viscosidad del liquido
Lambla=colgamiento sin resbalamiento
ug=viscosidad del gas
HL=colgamiento

39. Conclusión
Conocer los fundamentos del flujo multifásico de
fluidos a través de una tubería es de vital
importancia a la hora de transportar hidrocarburos,
ya sea a una estación de recolección o a una
central para su refinación, la forma en la que los
cambios de dirección o los diferentes diámetros en
nuestra tubería pueden afectar el flujo del fluido son
innumerables, sumándole la fricción que se genera
al pasar por una zona con corrosión o erosionada
da como resultado una caída de presión, por eso
es necesario conocer todos los factores que
pueden afectar el flujo de un hidrocarburo, y de
esta forma poder optimizar el mismo para evitar
pérdidas o caídas de presión.

40. Bibliografía
O José Vázquez García. (2013). Analisis del comportamiento
del oleogasoducto. 2017, de Cdigital Sitio web:
http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/40419/1/vazquezgarci
ajosemisraim.pdf
O Roberto Alvarez Calle. (2012). Diseño de un transporte de
recolección y transporte de gas. 2017, de Cybertesis Sitio
web:
http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/343/1/alvarez_cr.pdf
O Ramiro Fabian Peñarreta. (2012). Determinación de los
patrones de flujo multifásico en tuberías. 2017, de Dspace
Sitio web:
http://www.dspace.uce.edu.ec/bitstream/25000/383/1/T-UCE-
0012-122.pdf
O Eduardo Sánchez. (2014). Fundamentos de flujo multifásico.
2017, de Myslide Sitio web:
http://myslide.es/documents/2fmultifasicofundamentospdf.html