¿Qué es el flujo anular?

El flujo anular es un método de flujo de líquido y gas en una tubería donde el material de peso molecular más ligero fluye por el centro de la tubería y el material de mayor peso molecular forma una película delgada que fluye a lo largo de la pared de la tubería. A menudo se observa en la industria petrolera, donde los caudales son altos y pueden ocurrir tanto en tuberías horizontales como verticales. El fluido o gas en masa más ligero también puede estar en forma de una niebla o suspensión coloidal conocida como una emulsión. La interfaz entre los materiales que fluyen puede no ser precisa y puede involucrar mezclas de gas y líquido.

Las variaciones en el flujo anular se clasifican como flujo ondulado, donde ocurren irregularidades, o flujo anular tenue. En el flujo anular tenue, a medida que aumenta la velocidad de flujo, la suspensión coloidal de glóbulos de gas en el núcleo aumenta y conduce a que los glóbulos se extiendan en rayas y grumos tenues. También existen varios otros tipos de regímenes de flujo, incluido el flujo de burbujas, babosas y rotación en tuberías verticales, así como estratificado y estratificado ondulado en tuberías horizontales.

Calcular los caudales anulares puede ser difícil, ya que las ecuaciones requieren una medida precisa del diámetro interior de la tubería. Esto varía porque el flujo anular tiene un límite de no flujo que cambia el diámetro efectivo del interior de la tubería. Los valores precisos son difíciles de obtener dependiendo del método de cálculo utilizado.

Dos series de ecuaciones se usan comúnmente para determinar el flujo anular. El primero se conoce como flujo perimetral húmedo, donde el diámetro efectivo de la tubería se divide por un producto cuadrado de las áreas de flujo interno y externo. Los cálculos del perímetro mojado no son ideales, ya que se basan completamente en el flujo interno que se resta del flujo externo sin tener en cuenta la región sin flujo. El método de Ingeniería del Petróleo utiliza un método más complejo para comparar el flujo interno y externo, y se sabe que produce resultados de flujo que son aproximadamente un 40% más altos que el método del Perímetro Húmedo. Las ecuaciones de Ingeniería del Petróleo parecen reflejar el caudal medido real mejor que el método del perímetro mojado, sin embargo, el método mojado es el estándar utilizado en ingeniería académica.

Los factores de fricción también deben tenerse en cuenta en el flujo anular. Usar la superficie externa de la tubería para estimar la fricción es un método. También se crea una fricción promedio basada en datos ponderados, y ambos se consideran enfoques legítimos.

También hay varias etapas en el flujo de gas-líquido en la tubería donde ocurren las transiciones entre los diversos tipos de regímenes de flujo. Las transiciones pueden incluir cambios de anular a tenue anular y taponarse al flujo anular en una tubería vertical. En tuberías horizontales, las transiciones comunes en los esquemas de flujo incluyen la transición de la babosa a la anular. Estos, así como muchos otros tipos de estados de flujo y transiciones, tienen modelos matemáticos únicos para calcular cuál es realmente el caudal actual en la tubería.